3D-Drucken im freien Raum, mit länglichen Strukturen statt in Lagen: Das ist die Idee des 3D Cocooner , den das schwäbische Unternehmen Festo entwickelt hat und den es auf der Hannover Messe vorführt (Halle 15, Stand D07). Vorbild für das Konzept ist eine Schmetterlingsraupe, die sich einen Kokon spinnt.

Eine Raupe produziert eine Flüssigkeit, die dann zu einem Faden wird. Daraus spinnt das Tier ein Gehäuse, aus dem es dann völlig gewandelt als Schmetterling schlüpft. Den Teil mit dem Schmetterling haben Elias Knubben und seine Kollegen ausgelassen. Außerdem spinnt ihr Gerät auch keinen Kokon. Der 3D Cocooner baut Strukturen aus senkrechten und waagerechten Streben.

Das Harz härtet durch UV-Licht

Der Faden wird dabei nicht produziert, sondern ist vorgegeben: Eine Glasfaser wird durch die Druckdüse geschoben und dabei mit einem Flüssigharz getränkt. An der Düse sitzt eine Leuchtdiode (LED), deren UV-Licht das Harz aushärtet. Die Düse ist an einem dreiarmigen Gestell aufgehängt. Es ist das Prinzip, mit dem 3D-Drucker wie der Delta Tower oder der Big Delta arbeiten - nur mit dem Unterschied, dass das Delta-Gestänge waagerecht ist.

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Der 3D-Drucker 3C Cocooner von Festo (Foto: Festo)

Es gebe aber einen wichtigen Unterschied zum herkömmlichen 3D-Drucker, erklärt Knubben im Gespräch mit Golem.de: Ein normaler 3D-Drucker baue eine Objekt in Schichten auf. Der 3D Cocooner hingegen stelle Stäbchen auf oder verbinde zwei stehende mit einem liegenden Stäbchen. Ist ein solches Stäbchen fertig, wird es mit einer kleineren Trennscheibe geschnitten und der Drucker kann neu ansetzen.

Der Drucker braucht keinen Slicer

Geplant wird der Bau mit einer Software. Anders als bei einem herkömmlichen 3D-Drucker wird hier kein Slicer benötigt, der ein virtuelles Modell in Schichten zerlegt, die dann vom 3D-Drucker aufgebaut werden. Positionsdaten und Steuersignale werden direkt aus der Software an den Drucker geschickt.

Verschiedene Parameter lassen sich variieren, etwa der Vorschub oder die Menge des Harzes, mit dem die Glasfaser verklebt wird: Mehr Harz macht das Stäbchen stabiler, aber auch schwerer. Durch Variation der Parameter ließen sich etwa Gelenke drucken oder Objekte, die nicht auf Druck, sondern auf Zug belastet werden, sagt Knubben.

3Doodler und Freesculpt funktionieren wie Heißklebepistolen

Die Idee ist nicht neu: Der 3Doodler des US-Unternehmens Wobbleworks oder Pearls Freesculpt FX1-free funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip: Auch damit lassen sich frei im Raum stehende Strukturen erstellen. Allerdings nutzen die beiden eine andere 3D-Drucktechnik: Sie schmelzen Kunststoff, arbeiten eher wie eine Heißklebepistole.

Derzeit sei der Drucker noch "Work in Progress", sagt Knubben. "Es gibt noch Beschränkungen in der Baugeschwindigkeit, in der Maschengröße, in der Größe des Stabes." Künftig sollen damit Architekturmodelle gedruckt werden, Möbel oder sogar Armierungen in Betonteilen.

Entwickelt wurde der 3D Cocooner im Rahmen des Bionic Learning Network. Das ist ein Forschungsprojekt, dessen Ziel es ist, Verfahren oder Mechanismen aus der Natur zu imitieren, um effizientere technische Systeme zu bauen.