3D-Druck: Der smarte Weg zum Produkt

Zahnbrücken, Flugzeugteile und Sportschuhe einfach ausdrucken? Das ist längst alles andere als Science-Fiction. Der 3D-Druck bietet fantastische Möglichkeiten. Er ist eine der spannendsten Facetten der Digitalisierung – und ein Megatrend, der das Gesicht ganzer Industrien verändern könnte.

Der 3D-Druck bietet fantastische Möglichkeiten in kleinen und auch in großen Dimensionen. Foto: Shutterstock – Bas Nastassia

Ein beliebtes Klischee über die Schwaben besagt, dass sie nicht nur für ihr Leben gerne „schaffen“, sondern auch passionierte Häuslebauer sind. Vielleicht werden sie ihr Eigenheim künftig aber nicht mehr bauen, sondern drucken. Ein Haus aus dem Drucker? Ja, das ist machbar und das entsprechende Ergebnis steht in Dubai. Ein Gebäude mit über 640 Quadratmetern auf zwei Stockwerken, das 3D-Drucker innerhalb von 17 Tagen vollständig gedruckt haben. In Deutschland arbeiten seit Anfang des Jahres Forscher der Technischen Universitäten München und Braunschweig an 3D-Druckern für Gebäude. Wie es heißt, erfüllen die druckbaren Betone bereits die gültige Beton-Norm.

Der 3D-Drucker ist eine technologische Revolution

Tatsächlich ist der 3D-Druck eine spannende Facette der Digitalisierung. Die Basis für jedes Druckwerk sind dessen dreidimensionale Daten. Erst zerlegt eine spezielle Software das Objekt in hauchdünne Schichten. Danach baut es der 3D-Drucker wieder auf, indem er Schicht für Schicht übereinander druckt und miteinander verbindet. Welche Drucktechnologie dabei zum Einsatz kommt, hängt vom Druckmaterial ab. Es gibt zum Beispiel Drucker für Kunststoff, Kunstharz und Metallpulver, die das Material durch Abkühlen oder chemische Prozesse härten. Andere Systeme arbeiten mit flüssigen Stoffen und UV-Licht. In Deutschland befindet sich der 3D-Druck noch im Wartestand, wie das Beratungsunternehmen Ernst & Young herausgefunden hat. Anders als in China, Südkorea und Kanada setzen Unternehmen hierzulande noch nicht konsequent auf Endprodukte aus dem Drucker. Dabei sind die Einsatzmöglichkeiten enorm.

Wissenschaftler erforschen den 3D-Druck fürs Weltall

Die industriellen 3D-Drucker „ExAM 255“ von der Firma AIM3D verarbeiten Spritzgussgranulat. Foto: AIM3D

In Zukunft könnte vielleicht das produzierende Gewerbe keine fertigen und verpackten Produkte mehr an seine Kunden verschicken, sondern nur noch Druckdaten. Die ließen sich zuhause oder in einem Druckzentrum ausdrucken. Aber auch neue Technologien schieben die Grenzen weiter hinaus. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hat ein Verfahren zur Fertigung großvolumiger Kunststoffbauteile entwickelt, das im Vergleich zum herkömmlichem 3D-Druck acht Mal schneller ist. In der Schweiz hat das Institut für Technik Lausanne (EPFL) eine neue 3D-Druck-Technik präsentiert, die ein Modell durch Drehung in einem Harzbad erzeugt. Dabei belichtet ein Laser einzelne Partikel in Kunstharz und lässt sie so fest werden. Kleine 3D-Objekte lassen sich dadurch in gerade mal 30 Sekunden drucken. Eine beinah universale Anwendung bietet der 3D-Drucker des Start-ups AIM3D, der nahezu alle Keramik-, Metall- und Kunststoffmaterialien verarbeiten kann. Die Technische Universität Clausthal wiederum erforscht bereits den Einsatz des pulverbasierten 3D-Drucks in der Schwerelosigkeit. Auf diese Weise könnten Astronauten in Zukunft Komponenten, Ersatzteile und Werkzeuge in der Raumstation selbst herstellen.

In der Medizintechnik sind DNA-Stammzellen das Druckmaterial der Zukunft

Unterdessen gibt es auf der Erde weitere Best-Practice-Beispiele für den 3D-Druck: In der Medizintechnik finden sich perfekt sitzende Hörgeräte, passgenaue Sohlen für Sportschuhe sowie Zahnprothesen und -kronen aus dem 3D-Drucker, die längst Stand der Technik sind. In einigen Jahren könnte die Herstellung von Organen wie Herz und Leber auf der Agenda stehen, wenn die Verarbeitung von DNA-Stammzellen im 3D-Druck gelingt. Nicht ganz so anspruchsvoll, aber doch nützlich und originell sind beispielsweise individuelle Nassrasierer oder per 3D-Druck gefertigte Pralinen beim Konditor.

Individuelle Fertigung und kürzere Herstellungszeit

Der Nutzfahrzeugshersteller Daimler Trucks & Buses stellt inzwischen Ersatzteile für Lastwagen mit dem 3D-Drucker her. Rund 30 Produkte wie Abdeckungen, Abstandshalter, Luft- und Kabelkanäle listet der Katalog auf. In Dortmund lässt Siemens Mobility in der Instandhaltung Ersatzteile für Schienenfahrzeuge ausdrucken – die Herstellungszeit verringert sich dadurch um bis zu 95 Prozent. Auf Leichtbau durch 3D-Druck setzt der Autohersteller Honda. Die Japaner haben eine Kurbelwelle entwickelt, die gegenüber dem herkömmlichen Modell 50 Prozent Gewicht einspart.

Mithilfe der 3D-Technologie wurden spezielle Betonfliesen entworfen, um die natürlichen Lebensraummerkmale der felsigen Ufer von Sydney nachzuahmen. Foto: Sdyney Institute of Marine Science

Zu guter Letzt kann auch die Umwelt von der Technologie profitieren. Das Institut für Meereswissenschaften in Sydney hat mit Hilfe von Beton-3D-Druck die „Living Seawall“ entwickelt – ein künstliches Biotop, das Strukturen der Natur nachahmt und damit die Ansiedelung von Meeresorganismen ermöglicht.