Die Entwicklung des 3D-Drucks: Eine umfassende Zeitlinie

3D-Druck ist State-of-the-Art-Technologie. Seine Geschichte reicht bis in die frühen 1980er Jahre zurück. Dr. Hideo Kodama, japanischer Wissenschaftler, war einer der frühen Pioniere. Er beantragte das erste Patent für Laserstrahl-Härtung.

Obwohl er das Patent nicht erhielt, markierte dies den Start zahlreicher Erfindungen und Entwicklungen in der 3D-Druckgeschichte. Andere Wissenschaftler forschten 1980–1984 intensiv, waren aber durch fehlende Finanzierung stark limitiert.

Der Zeitraum 1984–1992 brachte echten Fortschritt. Drei entscheidende Technologien – SLA, SLS, FDM – wurden entdeckt und formten den 3D-Druck, wie wir ihn heute kennen.

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Wann wurde 3D-Druck erfunden?

Die Geschichte des 3D-Drucks und der additiven Fertigung lässt sich bis in die frühen 1980er zurückverfolgen.

• Die frühen Erfinder (1981–1984)

Dr. Hideo Kodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institute beantragte als Erster ein Patent für Laserstrahl-Harzaushärtung – eine Technologie, die dem heutigen 3D-Druck zugrunde liegt. Der japanische Erfinder scheiterte an der einjährigen Patentfrist wegen Finanzierungsmangel.

Frühe Erfinder in Frankreich

Trotzdem forschten Wissenschaftler weiter an der sich entwickelnden 3D-Drucktechnologie nach Kodamas Vorarbeit. Die Idee des Rapid Prototyping begann Wurzeln zu schlagen.

Le Méhauté, französischer Wissenschaftler bei Alcatel (Fraktalgeometrie), wollte knifflige Teile fertigen. Er engagierte De Witte, Laserexperte mit Kenntnissen über flüssige Monomere und deren Laserhärtung zu Festkörpern.

Die beiden brachten die Idee zu André, der beim französischen CNRS forschte. Er kaufte das Konzept, doch das Projekt scheiterte an fehlender CNRS-Finanzierung.

1984 reichte das Trio dennoch ein Patent ein. Drei Forscher gaben das Projekt wegen Finanzierungsmangel auf.

• Die Erfindung der Stereolithographie (1984–1988)

1984 war Charles Hull frustriert über die Unmöglichkeit, kleine Sonderteile herzustellen. Er arbeitete in einer Möbelfirma. Vorschlag: UV-Licht der Firma nutzen, um photosensitives Harz additiv zu härten.

Firma stellte kleines Labor für seine Forschung bereit.

1986 gelang Hull der Durchbruch, Patent angemeldet unter „Stereolithographie“. Im selben Jahr gründete er in Kalifornien die 3D Systems – bis heute Weltmarktführer für 3D-Drucktechnologien.

• Eine Ära rasanter Innovationen (1988–1992)

Stereolithographie – SLA

Hulls Erfolg und Patent auf Stereolithographie ließen 3D-Druckanwendungen die SLA-Maschine nutzen.

Sein Erfolg zog zwei weitere 3D-Drucktechnologien in rascher Folge nach sich.

Selektives Lasersintern – SLS

1988 folgte die Erfindung des Selektiven Lasersinterns durch Charles Hull. SLS nutzt einen leistungsstarken Laser, um 3D-Druckmaterial zu festen 3D-Modellen zu sintern.

Carl Deckard, Student an der University of Texas, erhielt das SLS-Patent. Sein erster SLS-Drucker „Betsy“ produzierte nur kleine Kunststoffstücke – aber der Zweck war, die Idee des additiven SLS-Fertigens zu testen. Ein großer Schritt in der 3D-Druckgeschichte.

Fused Deposition Modeling – FDM

Während das SLS-Patent auf Genehmigung wartete, wurde ein weiteres Patent für additive 3D-Fertigung eingereicht.

Interessanterweise ist Fused Deposition Modeling die einfachste 3D-Drucktechnologie, wurde aber zuletzt erfunden.

Scott Crump, Mitgründer von Stratasys, erhielt 1989 das Patent. Das Minnesota-Unternehmen bleibt bis heute Marktführer für High-Tech-3D-Drucker. Stratasys Inc. erhielt das Patent 1992.

Wer hat 3D-Druck erfunden?

Der Begriff „3D-Druck“ wurde in den frühen 1980ern von den frühen Erfindern für den Prozess geprägt.

Die Geschichte fokussiert auf die Erfinder und ihre spezifischen Technologien: Rapid Prototyping, Additiver Prozess, Stereolithographie, Selektives Lasersintern (SLS), Fused Deposition Modeling.

Bekannte Erfinder der 3D-Druckgeschichte:

• Hideo Kodama

Dr. Kodama vom Nagoya Municipal Research Institute (Japan). Veröffentlichte Artikel über Fertigung zuverlässiger Modelle durch UV-Bestrahlung flüssiger Photopolymere zu härtenden Polymeren.

3D-Druckgeschichte zeigt: Kodama scheiterte an Patentanforderungen wegen Finanzierungsmangel.

• Jean Claude André, Oliver de Witte, Alain Méhauté

Französisches Wissenschaftlerteam. Machte bemerkenswerte Fortschritte. Bedeutender Beitrag: Herstellung tatsächlicher Objekte.

Projekt aufgegeben wegen mangelnder kommerzieller Rentabilität.

• Charles Hull

Geschichte schreibt Charles Hull als Erfinder der 3D-Drucktechnologie, da er als Erster erfolgreich ein Patent erhielt. Er entwickelte den ersten Stereolithographie-3D-Drucker, die SLA-1. US-Patent erteilt.

Seine Entdeckung, konzentriertes UV-Licht und UV-härtbare Kunststofffilamente zur Herstellung dreidimensionaler Teile aus Computerdateien zu nutzen, bleibt bemerkenswert.

• Emmanuel M. Sachs, John S. Harggerty, Michael J. Chim, Paul A. Williams

Forscherteam, Erfinder des Binder Jetting. Nutzt Tintenstrahltechnik zum selektiven Auftragen von Klebstoff auf Pulverschichten. Erste 3D-Druckertechnologie mit Tintenstrahl in der Geschichte.

Ermöglichten 3D-Druck mit verschiedenen Materialien: Kunststoff, Metall, Sand, Keramik.

• Scott Crump

Scott Crump erfand den 3D-Drucker, den die meisten Nutzer heute wiedererkennen. Er entdeckte FDM-3D-Drucktechniken. Ermöglicht 3D-Druck durch Schichten heißer Filamente aus der Düse, die abkühlen.

Erfand auch lösliche und abbrechbare Stützstrukturen für FDM-Unterschnitte und Hohlräume.

• Carl Deckard

Erfand Lasersintern winziger Pulverpartikel Schicht für Schicht zu festen 3D-Teilen. Erfinder des Selektiven Lasersinterns.

• Adrian Bowyer

Dr. Adrian Bowyer war Mastermind hinter Open-Source-3D-Druckern, die 3D-Drucke oder Objekte aus eigenen Komponenten herstellen können.

Wo wurde der erste 3D-Drucker gebaut?

1981 erfand Dr. Hideo die ersten dokumentierten Iterationen des 3D-Drucks, wie wir ihn heute kennen, in der Nagoya-Gemeinde in Japan. Bei Entwicklung eines Rapid-Prototyping-Systems entdeckte er den Schicht-für-Schicht-Ansatz zur Fertigung 3D-Produkte.

Obwohl er kein Patent erhielt, erkennen viele ihn als ursprünglichen Erfinder des 3D-Drucks an.

3D-Druck in den späten 1980ern

Die 3D-Druckgeschichte basiert auf den 1980ern. Hier eine Zusammenfassung historischer Ereignisse der späten 1980er.

• 1986

Nach mehreren erfolglosen Versuchen der Pioniere in den frühen 1980ern übernahm Charles Hull die Arbeit an Stereolithographie und vollendete sie erfolgreich. Er erhielt sein Patent für diese bahnbrechende Arbeit.

• 1988

1988 markierte die Erfindung der SLA-1-3D-Drucker. Der SLA-1 wurde gefolgt von der Entdeckung der SLS-Maschine. Diese Maschinen wurden von DTM Inc. in den 3D-Objektfertigungsmarkt gebracht.

Wann wurde 3D-Druck erstmals populär?

3D-Druckgeschichte legt nahe: 3D-Drucker und -Objekte waren seit ihrer Entstehung in den 1980ern beliebt. Frühe Popularität in verschiedenen Branchen durch Rapid Prototyping industrieller Produkte.

Technologie war schnell und kosteneffizient, bot erschwingliche Preise für 3D-gefertigte Objekte und Designs.

Wachstum der Popularität additiver Fertigungsprozesse lässt sich in drei Phasen einteilen:

• Säuglingsstadium: 1981–1999

In dieser Periode waren 3D-Technologie und -Produkte im Säuglingsstadium. Wenige Branchen kannten 3D-Druckmethoden und -Drucker.

• Jugendstadium: 1999–2010

1999–2010 entspricht dem Jugendstadium der 3D-Druckgeschichte.

Popularität gewann an Fahrt, Anwendung in den meisten Branchen und Berufen.

Aber viel Entwicklungsarbeit war nötig, um die neue Technologie zu verbessern.

• Erwachsenenstadium: 2011 bis heute [In der Geschichte des 3D-Drucks]

Zweifellos fügen jüngste Innovationen dem 3D-Druck Wert hinzu. Beispiel: 3D Systems bietet dreidimensionale 3D-Drucklösungen.

State-of-the-Art-3D-Druckservices haben es bei Hobbyisten beliebt gemacht.

Open-Source-Bewegung fördert 3D-Druckernutzung, wie Sanders Prototyp bei der Verfolgung von CAD-Tools-Führerschaft zu Hause und in der Industrie bewies.

Manche sagen, 3D-Technologie sei aktuell auf dem Höhepunkt, andere behaupten, es komme noch viel mehr aus der 3D-Druckertechnologie.

Fazit

3D-Druckgeschichte zeigt: Forscher verbessern Technologie stetig über Jahre – von Dr. Hideo Kodama, der 3D-Technologie initiierte, bis Adrian Bowyer, Mastermind hinter Open-Source-3D-Druck-Fortschritt.

3D-Branchenakteure glauben, Technologie ist weit davon entfernt, vollständig ausgeschöpft zu sein – die Welt sollte weitere Fortschritte erwarten.