Reprap: "Waschmaschinen werden auch nur 5% der Lebenszeit verwendet"
Der Replication Rapid-prototyper, besser bekannt unter der Abkürzung Reprap, ist nicht der erste 3D-Drucker. Aber der preiswerte Open-Hardware-Drucker hat eine Euphorie entfacht, wegen der selbst konservative Medien von der Industriellen Revolution 3.0 oder gar 4.0 sprechen. Adrian Bowyer hat den Reprap 2005 erfunden und damit den Boom preiswerter 3D-Drucker in Gang gesetzt. In jeden Haushalt gehört so ein Gerät, findet er. Den Weg dahin ebnet der Geschäftsführer der Firma Reprap Limited(öffnet im neuen Fenster) mit offener Hardware – und setzt auf die Weiterentwicklung der zu verarbeitenden Filament-Materialien.
Obwohl Bowyer sich mit dem Reprap einen Kindheitstraum erfüllt hat, wacht er nicht eifersüchtig über sein Baby, im Gegenteil(öffnet im neuen Fenster) . Die Open-Hardware-Philosophie stand von Anfang an hinter dem Reprap, und er will sie auch aufrechterhalten. Nur so könne Wachstum erzeugt werden, denn 3D-Drucker würden damit preiswerter und haushaltstauglicher, was wiederum anhaltendes Wachstum bringe, sagt er.
So ist es kein Wunder, dass kaum eine Woche vergeht, in der nicht irgendwo auf der Welt eine neue Firma entsteht, die 3D-Drucker nach dem Reprap-Prinzip bauen und vertreiben will. Bowyer findet das fantastisch und ganz in seinem Sinne. Der 3D-Druckermarkt wachse derzeit exponentiell, sagt er. Es sei ganz natürlich, wenn ein neues Unternehmen in diesem Markt erst einmal auf bestehende Entwürfe zurückgreife, statt von Grund auf alles neu zu entwickeln.
Lauter fast gleiche Drucker
Deshalb unterscheiden sich viele der Produkte, die mit dem Fused-Deposition-Verfahren(öffnet im neuen Fenster) – geschmolzener Kunststoff wird schichtweise aufgetragen – arbeiten, nicht wesentlich voneinander. Bowyer sieht das jedoch nicht als Gefahr.
Derzeit wachse die Gruppe der Käufer mit der Menge an 3D-Druckern, daher fehle der Konkurrenzdruck, tatsächlich Innovationen zu entwickeln, sagt er. Dabei werde es aber nicht bleiben. Die zunehmende Verbreitung sorge für ein robustes Ökosystem, das die "speciation" (Artbildung) und damit Spezialisierung sowie Auslese erst ermögliche, ohne den gesamten Markt zu gefährden.
Closed Source und 3D-Druck gehen nicht zusammen
Firmen wie Makerbot schadeten nur sich selbst, meint Bowyer: Makerbot wird keine Konstruktionsunterlagen(öffnet im neuen Fenster) mehr veröffentlichen, auch Repetier Host hat angekündigt(öffnet im neuen Fenster) , keine Quellcodes seiner Software mehr herauszugeben. Die Entwicklung dieser Geräte und Software werde stagnieren, behauptet Bowyer. Gerade weil der Reprap explizit als selbstreplizierende Maschine konzipiert worden sei, werde es prinzipbedingt immer mehr Open-Hardware-Drucker als Closed-Hardware-Drucker geben.
Selbstreplikation
Adrian Bowyer wollte schon als Kind eine sich replizierende Maschine bauen, die sich selbst verbessern kann. Doch erst im Jahr 2000 konnte seine Fakultät an der Universität von Bath durch ein staatliches Förderprogramm zwei 3D-Drucker kaufen – und Bowyer sah das Potenzial, seinen Traum zu verwirklichen. Denn bei kaum einer anderen Maschine liegt die Idee der Selbstreplikation so nahe. Die Umsetzung dauerte allerdings: Allein ein Jahr lag schon zwischen den ersten theoretischen Überlegungen und dem Beginn des Projektes.
Echte Schwierigkeiten gab es bei der Entwicklung nicht, nur dauerte es manchmal, bis funktionierende Lösungen gefunden wurden. So gab es eine ganze Reihe von Entwürfen für den Druckkopf, bestehend aus dem Extruder und der Filament-Zuführung, die getestet und wieder verworfen wurden, bis ein Entwurf zufriedenstellend funktionierte. Allerdings hält Bowyer auch das aktuelle Druckkopf-Design immer noch für verbesserungswürdig.
Die Softwareseite stellte kein Problem dar. Auch wenn es um 3D-Druck geht, spielt sich das meiste auf zweidimensionaler Ebene ab. Und für solche Operationen bietet die Informatik eine Vielzahl funktionierender Algorithmen an. Seine erste eigene Steuerung schrieb Bowyer übrigens mit Java. Python- und C++-basierende Steuerungsprogramme gab es erst später.
Der erste Reprap war keine Bastelei in einem dunklen Bastelkeller, sondern von Beginn an ein ernsthaftes, anwendungsorientiertes Forschungsprojekt eines Maschinenbau-Ingenieurs und seines Teams – ein Projekt, das Bowyer und den anderen vom ersten Moment an Spaß machte und ein Grundkonzept erbrachte, das Bowyer für fast perfekt hält: Obwohl immer mehr Menschen und Firmen mit dem Reprap und an ihm arbeiten, erwartet er keine revolutionären Veränderungen an der eigentlichen Konstruktion.
Woran geforscht wird
Viel zu tun ist hingegen noch bei den zu verarbeitenden Filament-Materialien. ABS und PLA können nur einen Bruchteil der potenziellen Anwendungsfälle abdecken. Es fehlt an gummiartigen, flexiblen Druckmaterialien wie auch stärker chemisch/thermisch/mechanisch belastbaren Materialien. Für Letzteres sind ton- oder keramikbasierte Filamente eine Option, auch wenn sie nach dem Druckvorgang noch gebrannt werden müssen. Die Entwicklung plastikähnlicher Filamente auf Basis biologischer Materialien, und nicht etwa Erdöl, steht ebenfalls ganz am Anfang.
Eng mit der Materialfrage verwandt ist die technologische Weiterentwicklung, um mit geringeren Schmelztemperaturen von unter 200 °C arbeiten zu können. Geringere Temperaturen bedeuten nicht nur einen geringeren Energieverbrauch, sondern auch einen sicheren Umgang mit den Geräten und weniger Probleme beim Druck.
3D-Drucker für alle
In den vergangenen Monaten gab es erste Versuche, 3D-Drucker nach dem Sinterprinzip für den Heimgebrauch zu bauen. Grund war, dass einige Patente ausliefen , die bestimmte Methoden beim 3D-Druck per Laser- Sintern(öffnet im neuen Fenster) betrafen.
Bowyer sieht im Laser-Sintering aber keine direkte Konkurrenz zum Fused-Deposition-Verfahren. Zu komplementär seien Vor- und Nachteile der jeweiligen Techniken. Laser-Sintern erreicht eine hohe Präzision und Oberflächengüte, kann aber nur eine Art von Material drucken. Außerdem ist für gute Resultate mindestens ein 50-Watt-Festkörperlaser notwendig, doch die sind noch recht teuer. Allerdings könnte es in den nächsten fünf Jahren solche Laser zu den notwendig niedrigen Preisen geben, meint Bowyer – die nötige Kühltechnik zum Betrieb solcher Laser in einem Heimgerät hält er bereits für beherrschbar. Die Vorteile FFM-basierter Drucker bleiben aber: ihre potenzielle Materialvielfalt und die Fähigkeit, mehrere Materialien zur gleichen Zeit drucken zu können.
Braucht jeder einen 3D-Drucker?
Es stellt sich aber die Frage, ob überhaupt jeder Haushalt einen eigenen 3D-Drucker braucht. Selbst Bastler müssen schließlich kaum ständig etwas drucken. Bowyer widerspricht: Waschmaschinen würden schließlich auch nur fünf Prozent ihrer Lebenszeit tatsächlich genutzt. Und das habe gereicht, um aus dem jahrtausendealten Massengeschäft der privaten und gewerblichen Wäscherei eine Nischenbranche zu machen.
Wenn immer mehr Leute Ersatzteile oder kleine Dinge selbst herstellen könnten, werde es zunehmend unattraktiv für Firmen, diese zu produzieren – aus selbst drucken können werde selbst drucken müssen . Spätestens dann werden 3D-Drucker und entsprechende Dienstleistungen zur Normalität geworden sein.
Disclosure: Das Gespräch mit Adrian Bowyer fand während einer Veranstaltung von RS Components(öffnet im neuen Fenster) statt.