Charles W. Hull (USA)

Gewinner des Europäischen Erfinderpreises 2014 in der Kategorie Außereuropäische Staaten

Charles W. Hull

Kategorie: Außereuropäische Staaten

Sektor: Stereolithografie, Mechanik

Unternehmen: 3D Systems, Inc.

Patentnummern: EP0171069, EP0681906, EP1946910, EP0852536

Erfindung: 3D-Druck

Der 3D-Druck, die von Charles W. Hull entwickelte additive Fertigungstechnik, ermöglicht die rasche Herstellung von Prototypen und hat neuen Anwendungen in zahllosen Branchen den Weg geebnet. Diese Technologie könnte eines Tages als eine der größten Neuerungen in der Fertigungstechnik seit der industriellen Revolution gewertet werden.

Charles W. HullAnfang der 1980er-Jahre machte sich Charles W. Hull daran, den mühevollen Prozess der Herstellung kleiner Kunststoffteile für Prototypen neuer Produktdesigns zu verbessern. Schon ein Jahr, nachdem er das erste Modell seines 3D-Druckers entwickelt hatte, meldete Hull seine Erfindung zum Patent an: seine Maschine konnte innerhalb von Minuten vollbringen, was in herkömmlicher Guss- und Formtechnik mehrere Wochen in Anspruch nehmen würde.

Hull arbeitete damals für ein Unternehmen, das mithilfe von UV-Licht Tischplatten, Möbel und Papiererzeugnisse mit dünnen Kunststoffbeschichtungen versah. Er kam auf die Idee, dass man Tausende solcher Schichten übereinander positionieren und ihre Konturen mit UV-Licht herausarbeiten könnte, um auf diese Weise dreidimensionale Objekte in praktisch jeder erdenklichen Form zu erzeugen. Heute ist die Stereolithografie zum Stand der Technik für den Prototypenbau und zu einem eigenen Industriezweig geworden.

Gesellschaftlicher Nutzen

Die von Hulls Unternehmen 3D Systems konzipierten Drucker haben ihren Weg in unzählige industrielle und gewerbliche Anwendungen gefunden: medizintechnische Labors verwenden sie, um Modelle der Kieferpartie oder der Gesichtszüge von Patienten anzufertigen; in der Automobilindustrie wird die Technologie für die Konzeption "intelligenter" Crashtest-Dummys zum Testen der Fahrzeugsicherheit eingesetzt; ein Uhrenfabrikant nutzt die Drucker von 3D Systems, um das Design seiner Uhren zu beurteilen, bevor sie in Produktion gehen - die Liste könnte noch verlängert werden. Von Flugzeugtragflächen und Architekturmodellen bis zu Spielzeug und E-Bikes entstehen zahllose Produkte und Prototypen schneller und billiger als je zuvor.

Wirtschaftlicher Nutzen

Das 1986 gegründete Unternehmen 3D Systems ist heute Branchenführer im 3D-Druck mit einem Jahresumsatz von rund 350 Mio. USD (2012). Es ist an der NASDAQ notiert und beschäftigt mehr als 1 000 Personen. Der Markt für 3D-Drucker und entsprechende Dienstleistungen wurde 2012 auf 2,2 Mrd. USD geschätzt (29 % mehr als 2011). Nach aktuellen Schätzungen wird der jährliche Handelswert bis 2025 auf 4 Mrd. USD steigen. TechNavio rechnet auf dem weltweiten Markt für Rapid-Prototyping-Systeme von 2011 bis 2015 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,6 %.

Ursprünglich diente der 3D-Druck der schnellen Erzeugung von Prototypen zur Überprüfung von Form und Passform, doch wird die Technologie zunehmend für die Herstellung von Endprodukten eingesetzt - und die Entwicklung geht weiter, denn täglich werden neue Einsatzgebiete für den 3D-Druck entdeckt.

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Funktionsweise:

Die Software von 3D Systems "schneidet" ein dreidimensionales Entwurfsmodell in Tausende digitaler Querschnitte. Jede Scheibe entspricht einer Schicht des herzustellenden Modells und kann in den am höchsten auflösenden Versionen bis zu 0,05 mm dünn sein.

Diese Daten werden an eine Stereolithographie-Maschine übermittelt, die ein Bad mit UV-sensitivem flüssigem Fotopolymerharz umfasst. Auf dessen Oberfläche zeichnet ein beweglicher UV-Laser mit einem hoch intensiven Lichtstrahl die komplette Kontur des Objektquerschnitts nach; danach härtet die erste Polymerschicht aus. Je nach Größe des zu erzeugenden Objekts wird dieser Prozess mehrere tausend Mal Schicht um Schicht wiederholt, bis das Objekt fertig ist.

Der Erfinder:

Charles W. Hull hätte sich 1984 wahrscheinlich nicht träumen lassen, dass seine Idee zur Beschleunigung des Prototypenbaus eine solche Lawine auslösen würde, die nach nunmehr dreißig Jahren noch immer nicht zum Stillstand gekommen ist. Zu seinem ersten Patent kamen weitere 76 US-amerikanische, 18 europäische und 14 japanische Patente hinzu. Der 74-Jährige denkt noch nicht an den Ruhestand und ist aktiv als Executive Vice President und Chief Technology Officer von 3D Systems tätig. Vor Kurzem wurde Hull in die amerikanische Hall of Fame der Erfinder aufgenommen und damit in den Rang von Größen wie Henry Ford und Steve Jobs erhoben – mit anderen Worten: Persönlichkeiten, die eine bleibende Wirkung auf die Menschheit ausübten.

Wussten Sie das?

Eine der ersten Industriebranchen, in denen Hulls Erfindung gewinnbringend eingesetzt wurde, war der Automobilsektor. Die Ford Motor Company wies Mitte der 1990er-Jahre in einer Studie nach, dass mit Hulls Technologie viel Zeit und Geld gespart werden könnte. Heute ist sie ein tragender Pfeiler der Automobilbranche geworden und wird für die Entwicklung von allem Erdenklichen verwendet – seien es Hochleistungsmotoren für die Formel 1 oder simple Hebel und Schalter. Diese Technologie hat seitdem viele weitere Branchen im Sturm erobert.

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