5 Anwendungen, die Innovationen im 3D-Druck präsentieren

Additive Manufacturing (AM) ist eine der Schlüsseltechnologien, die Innovationen für Hersteller beschleunigen kann. Industrien, die AM einsetzen, durchlaufen einen Wandel, der neue Möglichkeiten in der Produktentwicklung und -herstellung mit sich bringt.

Im heutigen Artikel werfen wir einen Blick auf einige der jüngsten Entwicklungen im 3D-Druck, die branchenübergreifend neue Trends setzen könnten.

1. Ein 3D-gedrucktes bionisches Auge 

Das menschliche Auge ist ein faszinierendes Stück Ingenieurskunst, aber es nachzubilden erwies sich aufgrund mehrerer technologischer Barrieren als eine Herausforderung. Mit der Konvergenz von 3D-Druck, Elektronik und Biologie hat das Forschungsteam der University of Minnesota nun einen Weg gefunden, die Barrieren zu überwinden und einen Prototyp eines künstlichen Auges zu entwickeln.

Dieser Meilenstein markiert einen bedeutenden Schritt zur Entwicklung eines bionischen Auges, das Blinden helfen könnte, oder sehenden Menschen besser zu sehen.

Der Prototyp eines bionischen Auges besteht aus einer halbkugelförmigen Glaskuppel, auf die Silberpartikel gedruckt wurden. Als nächstes verwendeten sie halbleitende Polymermaterialien, um Fotodioden zu drucken, die Licht in elektrische Signale umwandeln, die verarbeitet und in tatsächliche Bilder umgewandelt werden können.

Bei Tests arbeitete das künstliche Auge mit 25 Prozent Effizienz bei der Umwandlung von Licht Signale in elektrische Signale. Forscher sagen, dass wir so etwas wie ein echtes Auge noch nie entwickelt haben. Ein vom Team entwickelter Multi-Material-3D-Drucker war der Schlüssel zu dieser großen Leistung.

Derzeit arbeiten Forscher am nächsten Prototypen, der noch mehr Lichtrezeptoren haben soll, die noch effizienter sind. Sie suchen auch nach einer Möglichkeit, auf einem weichen halbkugelförmigen Material zu drucken, das in ein echtes Auge implantiert werden kann.

Auch wenn es wie Science-Fiction klingt, könnten 3D-gedruckte bionische Augen bald Realität werden und eine neue Ära in der regenerativen Medizin einläuten.

2. 3D-Druck ganzer Boote und Militärunterstände 

3D-Druck wurde kürzlich angewendet, um ein 7,62 m langes Boot mit einem Gewicht von mehr als 2 Tonnen herzustellen. Das Boot mit dem Namen 3Dirigo soll das größte Objekt sein, das jemals in 3D gedruckt wurde. Das Kunststück wurde vom UMaine Advanced Structures and Composites Center der University of Maine vollbracht.

Großformatiger 3D-Druck wird zu einem neuen Trend, da immer mehr Unternehmen nach Wegen suchen, nicht nur kleine Teile und Prototypen, sondern auch große Strukturen wirtschaftlicher in 3D zu drucken.

Das 3D-gedruckte Schiff ist ein spannender Indikator dafür, dass dieser Trend an Fahrt gewinnt. Das Boot wurde während 72 Stunden Nonstop-Druck in einem festen Stück hergestellt. Bei Verwendung traditioneller Herstellungsmethoden kann die Herstellung des Bootes mehrere Wochen oder sogar Monate dauern.

Der auf Extrusion basierende 3D-Drucker, der das Boot erstellt hat, wurde entwickelt, um mit biobasierten Materialien zu arbeiten. speziell eine Mischung aus Kunststoff und Holzzellulose. Die neuen nachhaltigen, biologisch gewonnenen Verbundwerkstoffe sollen recycelbar und wirtschaftlich sein.

Die Kombination dieser Materialien mit großflächigem 3D-Druck ist kein Zufall. Der 3D-Druck ist auch als nachhaltige Fertigungsoption bekannt, da er weniger Materialverschwendung und eine schnellere Produktion näher am Bedarfspunkt bietet.

Zusätzlich zum 3D-gedruckten Boot stellten die Forscher auch einen 3D-gedruckten 3,65 m langen U.S. Army Communications Shelter vor. Dieses Projekt war eine Demonstration einer Zusammenarbeit zwischen UMaine und dem US Army Combat Capabilities Development Command (CCDC) Soldier Center, um neue, schnell einsetzbare Unterkünfte für Soldaten zu entwickeln.

Letztendlich bieten diese Entwicklungen einen Einblick in die Vorgehensweise 3D-Druck im großen Maßstab könnte Innovationen und die Entwicklung von Prototypen sowohl im Marine- als auch im Militärsektor beschleunigen. Über diese Branchen hinaus hat sich der großflächige 3D-Druck bereits für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Bauwesen und in der Gießerei bewährt.

3. Raketenbau neu denken 

Vor allem die Luft- und Raumfahrt könnte bald durch großflächigen 3D-Druck verändert werden, da das kalifornische Startup Relativity Space den Bau einer Rakete plant, von der rund 95 Prozent der Komponenten 3D-gedruckt werden sollen.

Um seine Vision zu verwirklichen, hat das Unternehmen Stargate entwickelt, einen der weltweit größten 3D-Drucker für das Lichtbogenschweißen von Metall, der mit maschinellem Lernen und Robotik ausgestattet ist. Die Technologie hinter dem Stargate 3D-Drucker funktioniert durch das Schmelzen von Metalldraht, während er aus einer Düse auf eine Bauplattform extrudiert wird.

Mit der Möglichkeit, Komponenten mit einem Durchmesser von bis zu 2,7 m (9 Fuß) und einer Höhe von etwa 4,5 m (15 Fuß) herzustellen, druckt Stargate alle Treibstofftanks und andere große Raketenkomponenten. Für kleinere Teile setzt das Unternehmen die Selective Laser Melting (SLM)-Technologie ein.

Durch die Anwendung des 3D-Drucks zur Herstellung praktisch einer ganzen Rakete hofft Relativity Space, das Gewicht der Rakete erheblich zu reduzieren, was möglicherweise die Startkosten senken und gleichzeitig die Nutzlast erhöhen kann. Darüber hinaus könnte der 3D-Druck es dem Unternehmen ermöglichen, in nur zwei Monaten eine flugbereite Rakete herzustellen – ein beeindruckender Zeitrahmen für die Raketenfertigung.

Relativity Space bewirbt sich darum, bis Anfang 2021 als erstes Unternehmen eine vollständig 3D-gedruckte Rakete in die Umlaufbahn zu bringen. Auch wenn diese Pläne zunächst weit hergeholt erscheinen mögen, kommt das Unternehmen seinem Ziel stetig näher .

Das Hauptprodukt des Unternehmens, die Terran-1-Rakete, wurde beispielsweise kürzlich verbessert, darunter eine 3 m lange Nutzlastverkleidung mit doppeltem Volumen. Eine weitere bemerkenswerte Leistung umfasst eine kürzlich abgeschlossene Series-C-Finanzierung in Höhe von 140 Millionen US-Dollar, die das Unternehmen seiner Vision einen Schritt näher bringt.

Durch den 3D-Druck ganzer Raketen könnte die Lieferung von Raketen erheblich beschleunigt und die Häufigkeit von Starts erhöht werden. Diese Vision ist wirklich ehrgeizig, und wenn sie sich als erfolgreich erweist, wird sie ein Schritt in Richtung einer Neuinterpretation der Entwicklung und Herstellung von Raketen sein.

4. 3D-Druck und die Zukunft der autonomen Mobilität

Airbus hat sich mit LM Industries zusammengetan, um ein Start-up namens Neorizon zu gründen, um innovative Produkte mit Fokus auf autonome Mobilität anzubieten. Dafür bündeln die Unternehmen ihre Expertise in der digitalen Fertigung sowie dem Polymer- und Metall-3D-Druck.

LM Industries wurde letztes Jahr (2018) von Local Motors gegründet, dem Unternehmen hinter einigen der meistdiskutierten 3D-gedruckten Fahrzeuge der Branche. Im Jahr 2016 hat Local Motors den 3D-gedruckten Olli, ein selbstfahrendes Shuttle, das mit 90 Prozent weniger Teilen als ein herkömmliches Fahrzeug und mit 100 Prozent recycelbaren Teilen gebaut wurde. Mit dem 3D-Druck fertigt und montiert das Unternehmen Fahrzeuge in lokalen Mikrofabriken und erreicht so eine flexiblere und agilere Produktion.

Laut LM Industries "sind die derzeitige Verkehrsinfrastruktur und die bestehende Massenfertigung zu unflexibel und zu kapitalintensiv, um sich entwickelnde Technologietrends und sich ändernde Verbraucheranforderungen zu bedienen".

Um mehr Flexibilität zu bieten In der Produktentwicklung und -produktion wird Neorizon eine lokale Mikrofabrik aufbauen, die es ermöglicht, Produkte viel schneller und flexibler zu konstruieren und herzustellen.

Während derzeit noch unklar ist, welche Produkte das Start-up genau entwickeln wird, wird der Fokus voraussichtlich auf der Luftfahrt liegen. Derzeit besteht ein wachsendes Interesse daran, Flugzeuge als fliegende Taxis oder Lieferfahrzeuge zu verwenden, so dass dies ein Bereich sein könnte, den Neorizon erkunden könnte.

Was auch immer Neorizon entwickelt, eine solche Partnerschaft ist ein weiterer Indikator für eine zunehmende Verschiebung hin zur digitalen Fertigung, bei der der 3D-Druck eine der Schlüsselrollen spielt. Letztendlich bedeutet dies, dass beide Unternehmen vom Potenzial von AM überzeugt sind, die Zukunft der autonomen Mobilität neu zu denken.

5. Eine neue Chance für 3D-Druck-Servicebüros 

Im September hat Voodoo Manufacturing, ein in den USA ansässiger 3D-Druckdienstleister, Voodoo Clear Aligners auf den Markt gebracht, einen neuen Dentalfertigungs- und Vertriebsservice.

Das Unternehmen verwendet die harzbasierte Technologie von Formlabs, um 20.000 Aligner-Formen herzustellen ein Monat. Bis Ende des Jahres will das Unternehmen seine Produktion auf 80.000 Formen pro Monat ausweiten.

Der Einstieg von Voodoo Manufacturing in den Markt für transparente Aligner war zwar überraschend, aber gut begründet. Der Clear-Aligner-Markt erlebt ein enormes Wachstum, und Voodoo möchte einen Anteil erobern.

Dieses Wachstum kann in vielerlei Hinsicht auf die Einführung digitaler Technologien wie dem dentalen 3D-Druck zurückgeführt werden.

Im Wesentlichen sind transparente Aligner die Geräte, die zum Anpassen und Begradigen von Zähnen verwendet werden. Sie sind von Natur aus individualisierte Produkte, da die Position und Form der Zähne jeder Person unterschiedlich ist. Der 3D-Druck ist die einzige Technologie, die es Zahnärzten ermöglicht, transparente Aligner durch die Herstellung von Formen kostengünstig anzupassen.

Diese Formen werden dann in einem Prozess namens Thermoformen verwendet, bei dem ein spezieller Kunststoff erhitzt wird, bis er biegsam wird und dann in die Form der Form gebracht wird.

Es wird geschätzt, dass die meisten transparenten Aligner derzeit mit 3D-gedruckten Formen hergestellt werden. Für eine solche großvolumige Anwendung werden Geschwindigkeit und Automatisierung zu den beiden wichtigsten Prioritäten, die seit seiner Gründung im Mittelpunkt des Geschäfts von Voodoo Manufacturing standen.

Andere 3D-Druck-Servicebüros könnten dies zur Kenntnis nehmen. Bei so vielen verschiedenen Materialien und Technologien wird es für Servicebüros immer wichtiger, sich auf bestimmte Bereiche zu spezialisieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Der Sprung von Voodoo Manufacturing in den Clear-Aligner-Markt weist auf einen weiteren Bereich hin, in dem ein 3D-Druck-Dienstleistungsunternehmen Expertise aufbauen kann. Da der Markt für Clear-Aligner weiter wächst und sich immer mehr Unternehmen dem Spiel anschließen, könnten einige andere Dienstleister dem Beispiel von Voodoo Manufacturing folgen, um die immer lukrativere Marktnische zu füllen.

Die richtungsweisende Kraft des 3D-Drucks

Industrien, die den 3D-Druck einsetzen, sind von der Technologie immer überzeugter. Mit wachsendem Vertrauen sind Unternehmen bereit, mit dem 3D-Druck zu experimentieren, um neue Anwendungen und Geschäftsmöglichkeiten zu finden. Dies trägt letztendlich dazu bei, branchenübergreifend neue Trends zu gestalten, sei es bei der Entwicklung fortschrittlicher Medizinprodukte oder der Herstellung vollständig 3D-gedruckter Raketen.

Der 3D-Druck, der über das Prototyping hinausgeht, hat offensichtlich ein enormes Potenzial, Innovationen voranzutreiben und Unternehmen nicht nur die Möglichkeit zu geben, sich von der Konkurrenz abzuheben, sondern auch etwas zu entwickeln, das das nächste große Ding werden könnte .