Was aus dem Drucker kommt

Flächen haben zwei Dimensionen, und auf ein flaches Papier kann man Buchstaben und Bilder drucken. Im dreidimensionalen Raum lassen sich analog 3D-Objekte erzeugen. Voraussetzungen sind digitale Daten und ein 3D-Drucker. Er wurde in den 1980er-Jahren in Japan, Frankreich und den USA erfunden. Heute finden wir 3D-Drucker im Hobbybereich, von denen mancher weniger als 200 Euro kostet.

Steinzeitmenschen machten es mit Stein und Elfenbein, klassische Bildhauer mit Marmor und Bronze, Kinder tun es mit Knetgummi. Tief sitzt in uns der Drang, neue Objekte zu schaffen, sei es als Abbild der Wirklichkeit oder als Erzeugnis unserer Phantasie. Und schon seit Jahrtausenden existieren technische Hilfsmittel wie Töpferscheibe und Drechselbank.

In den 1860er-Jahren erfand François Willème die Photoskulptur. Dabei wurde eine Person aus vielen Richtungen fotografiert; aus den Umrissen, die auf den einzlnen Bildern sichtbar sind, erstellte der Franzose verblüffend genaue Statuetten. Die englische Wochenschau filmte 1939 Hoffotograf Marcus Adams und Bildhauer George Macdonald Reid mit einer Neuauflage des Verfahrens. Der 1907 in Kanada geborene Reid hatte eine Methode ersonnen, um Porträtköpfe aus einem Gipszylinder zu fräsen.

3D-Drucker von Josef Prusa; die Rollen tragen Fäden aus thermoplastischem Kunststoff. (Foto Prusa Research)

Nach dem Krieg setzte er die Praxis fort. 1957 bildete er Schauspielerin Lillemor Knudsen und 1963 Rennfahrer Graham Hill ab. Mit dem Tod von Reid 1969 starb auch seine Technik. Die Photoskulptur war aber die erste Methode, die man als 3D-Druck bezeichnen kann. Denn sie kam ohne die Kunstfertigkeit eines Menschen aus, und das Endprodukt ist reproduzierbar, durch die zugrunde liegenden Fotos oder durch einen simplen Nachguss. Unbezweifelbar ist, dass sie von Anfang bis Ende „analog“ ablief.

Eine Photoskulptur entsteht mittels Ausschneiden, Aussägen oder Ausfräsen. Der moderne 3D-Druck arbeitet additiv: Ein Gegenstand wird durch Auftragen von Schichten geschaffen. Das erste auf diese Weise gedruckte Objekt, das Modell eines Hauses, zeigte der japanische Ingenieur Hideo Kodama 1981. Das Ausgangsmaterial, ein flüssiger Kunststoff, wurde an der Oberfläche durch UV-Licht punktuell gehärtet. In der Grafik sieht man das Brettchen (4) für das nicht abgebildete Modell. Dieses sinkt nach unten ab und wächst zugleich nach oben.

Profi-Modell des amerikanischen Drucker-Herstellers MakerBot (Foto MakerBot Industries)

Drei Jahre später kam es in Frankreich und den USA zur fast gleichzeitigen Erfindung des grundlegenden Verfahrens. Am 16. Juli 1984 meldeten Alain le Méhauté, Olivier de Witte und Jean Claude André ein „Dispositif pour realiser un modele de piece industrielle“ zum Patent an. Am 8. August 1984 reichte der Amerikaner Charles Hull den „Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography“ beim Amt ein. Das erste Patent wurde 1987 gewährt, das zweite schon 1986.

Während das französische Konzept und seine Urheber schnell in Vergessenheit gerieten, gründete Hull 1986 in Kalifornien die Firma 3D Systems, die heute im US-Bundesstaat Süd-Carolina sitzt. Die von ihm geprägte Bezeichnung Stereolithographie setzte sich weltweit durch. Sein erster Laserdrucker, das Modell SLA-1, war 1987 fertig. In ihm strahlte keine UV-Lampe wie bei den Versuchen von Hideo Kodama, sondern ein computergesteuerter Laser. Hull hatte praktischerweise das Datenformat STL miterfunden.

Andreas Unterluggauer und sein Darwin: über der Platte schwebt der bewegliche Druckerkopf mit der Düse für flüssigen Kunststoff. (Foto Jochen Viehoff)

Die Stereolithographie blieb nicht die einzige Technik im 3D-Markt. 1989 lief im texanischen Austin die erste Maschine für selektives Lasersintern. Beim vom Studenten Carl Deckard erfundenen Verfahren erhitzt der Lichtstrahl ein Pulver; die Partikel lagern sich dann an das Werkstück an. 1991 baute der Ingenieur Scott Crump im US-Bundesstaat Minnesota den ersten FDM-Printer. Das Fused Deposition Modeling arbeitet mit geschmolzenem Plastik. Es quillt aus einer Düse und verfestigt sich auf dem zu druckenden Objekt.

In die Ruhmeshalle des 3D-Drucks gehört auch der Hochschullehrer Adrian Bowyer. 1952 in London geboren, entwickelte er ab 2005 an der Universität des englischen Städtchens Bath den RepRap. Der Replicating Rapid Prototyper bestand überwiegend aus Kunststoff und konnte die Mehrzahl seiner Teile selbst erzeugen. Die Vision von John von Neumann und Konrad Zuse – wir haben sie im Blog geschildert – vom sich selbst reproduzierenden Automaten war in greifbare Nähe gerückt.

Darwin von oben – Andreas Unterluggauer hält den aufgerollten Plastikfaden. (Foto Jochen Viehoff)

2006 druckte der Prototyp, danach wurden die Baupläne und die Software des ersten Modells verschickt. Es hieß Darwin; auch seine Nachfolger Mendel und Huxley trugen die Namen berühmter Evolutionsforscher. Adrian Bowyer gab alle Details unter GNU-Lizenz frei, nötig war nur ein bereits vorhandener 3D-Drucker, der die Daten in Teile verwandelte. Die schlechte Nachricht ist, dass Bowyer 2016 den Vertrieb einstellte. Als Grund nannte er den Preisverfall; heute kosten manche FDM-Printer weniger als 200 Euro.

Adrian Bowyers Projekt führte jedoch zu den Druckern des Tschechen Josef Prusa und den Replikatoren der New Yorker Firma MakerBot. Das HNF besitzt das dritte Exemplar der Darwin-Serie; Software-Entwickler Andreas Unterluggauer baute es 2007 nahe Wien. Im Eingangsbild sieht man ihn beim Interview mit dem ORF. Wir bedanken uns herzlich für die Überlassung sowie für die Erlaubnis, die Fotos bringen zu können. Hier ist noch ein Link für alle, die von sich eine Photoskulptur alten Stils benötigen, natürlich volldigital und 3D-gedruckt.