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Wenn von disruptiven, unsere Arbeits- und Konsumwelt revolutionierenden Technologien die Rede ist, fällt mit Sicherheit das Stichwort 3D-Druck. Manche glauben, dass zumindest in der Industrie kaum ein Stein auf dem anderen bleiben wird, andere halten die Auswirkungen für überschätzt. Wir zeigen anhand einiger aktueller Beispiele, was 3D-Druck heute kann und was in naher Zukunft zu erwarten ist.

Wer eine Messe wie die CeBIT besucht, könnte erwarten, dass einem ein so gehyptes Thema wie 3D-Druck auf Schritt und Tritt begegnet. Tatsächlich waren nur wenige Aussteller dieser Branche vor Ort, die auf die vielen Riesenhallen verteilt kaum aufgefallen sind. Zumindest der große Drucker des Berliner Startups BigRep schaffte es in die Medien, weil Kanzlerin Angela Merkel ihm einen Besuch abstattete. BigRep ONE, das Vorzeigeprodukt des Unternehmens, ist der größte serienmäßig hergestellte Drucker, der mit dem Fertigungsverfahren der Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication = FFF) arbeitet.

BigRep ONE ist der größte zurzeit auf dem Weltmarkt erhältliche FFF-Drucker (Foto © BigRep)

BigRep ONE ist der größte zurzeit auf dem Weltmarkt erhältliche FFF-Drucker (Foto © BigRep)

Das ist die Technik, mit der die meisten 3D-Druck verbinden und die bereits seit den 1990ern angewendet wird. Dabei wird zunächst ein Raster von Punkten auf eine Fläche aufgetragen. Erzeugt werden die Punkte dabei durch die Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoff- oder Wachsmaterials durch Erwärmung, der Aufbringung mittels einer Düse sowie einer anschließenden Erhärtung durch Abkühlung an der gewünschten Position in einem Raster der Arbeitsebene. Der Druck des dreidimensionalen Objektes erfolgt, indem wiederholt jeweils zeilenweise eine Arbeitsebene abgefahren und dann die Arbeitsebene nach oben verschoben wird, sodass eine Form schichtweise entsteht. Die Schichtdicken liegen zwischen 0,025 und 1,25 mm.

So entstandene Kunststoffobjekte, etwa kleinere Gebrauchsgegenstände oder Modelle für Design und Archtiketur, waren eine Weile die einzigen, die per 3D-Druck hergestellt werden konnten. Mittlerweile ist allerdings die Verarbeitung fast aller Materialien und Materialmischungen möglich. So kann man sich inzwischen eine Pizza ausdrucken lassen, oder andere Nahrungsmittel seiner Wahl. Das klingt erstmal wenig Appetit anregend, aber Beführworter dieser Methode argumentieren, dass Verbraucher auf diese Weise eine viel bessere Kontrolle über die Zutaten bekommen als bei herkömmlichen Gerichten und sich auf ihre individuellen Bedürfnisse und Unverträglichkeiten einstellen können.

Es bedarf eines gewissen Kulturwandels, damit solche Geräte in normale Haushalte Einzug finden, aber wenn sie einfach zu handhaben sind und schmackhafte Ergebnisse liefern, ist das durchaus denkbar. Ob herkömmliche 3D-Drucker zum Massenartikel werden? Bei Tchibo gibt es gerade für schlappe 349 Euro ein Minigerät, mit dem sich allerlei Schnickschnack in der Größe bis zu 12 x 12 x 12 cm produzieren lässt. Vielleicht etabliert sich diese Technik tatsächlich, und wir drucken in zehn Jahren Hemdenknöpfe oder Plastikgabeln lieber selber, bevor wir sie im Laden kaufen oder online bestellen – sicherlich auch eine Frage des Preises und des Zeitaufwands.

Für den Handel mag 3D-Druck also spürbare Konsequenzen haben, für die Industrieproduktion gilt das als sicher. In letzter Konsequenz könnten zahlreiche Betriebe überflüssig werden, die etwa in China für den Weltmarkt Teile fertigen, die sich viel schneller und bedarfsorientierter lokal drucken lassen. Und wie gesagt, das muss sich nicht auf simple Plastikelemente beschränken.

Ist bereits geflogen: ein 3D-gedrucktes Metallteil einer A350 XWB (Foto © Airbus)

Ist bereits geflogen: ein 3D-gedrucktes Metallteil einer A350 XWB (Foto © Airbus)

Wohin die Reise geht, zeigt sich beispielsweise im friesischen Varel. Dort hat Anfang des Jahres der Flugzeugbau-Zulieferer Premium Aerotec eine Produktionshalle für den 3D-Druck von Flugzeugteilen in Betrieb genommen. Drei brandneue Maschinen fertigen dort Teile aus Titan, ein Material, das sich unter anderem durch ein besonders geringes Gewicht auszeichnet. Los geht es mit doppelwandigen Benzinrohren für den Militärtransporter Airbus A 400 M, die Kosten sollen sich durch die neue Produktionstechnik halbieren. Ab Mitte 2016 wird die Airbus-Tochter zudem Bauteile aus Edelstahl, ab 2017 aus Aluminium herstellen.

Nicht nur Flugzeuge, auch Autos könnten demnächst zu großen Teilen aus dem 3D-Drucker kommen. Hier hat Airbus ebenfalls seine Finger im Spiel, denn die Flugzeugbauer haben sich gerade bei dem amerikanischen Unternehmen Local Motors eingekauft. Das will wesentliche Teile von Autos drucken, nur Motor, Batterie und wenige andere Komponenten kommen von Zulieferern. Angepeilt wird nicht der Massenmarkt, vielmehr sollen individuelle Kundenwünsche berücksichtigt werden – maßgeschneiderte Autos gewissermaßen. Eine der sogenannten Microfabriken von Local Motors wird voraussichtlich noch dieses Jahr in Berlin eröffnet.

So könnte die Wohnsiedlung aus dem 3D-Drucker aussehen (Foto © Nanyang Technological University, Singapur)

So könnte die Wohnsiedlung aus dem 3D-Drucker aussehen (Foto © Nanyang Technological University, Singapur)

Flugzeuge, Autos – geht es vielleicht noch größer in Sachen 3D-Druck? Aber sicher: In Singapur plant man aktuell eine ganze Siedlung für Sozialwohnungen mit Wänden und tragenden Elementen aus dem – entsprechend großen – Drucker. Brücken und kleine Häuser sind so schon entstanden, und gerade für kostengünstigen Wohnraum soll die Technik hervorragend geeignet sein. In dem südostasiatischen Stadtstaat jedenfalls glaubt man daran und hat umgerechnet 150 Millionen Euro in das Projekt investiert.

Big mag beautiful sein, doch am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) denkt man genau in die andere Richtung. Aus einer Pressemitteilung vom Februar 2016: „Das kleinste von Menschen gemachte Fachwerk haben Forscher des KIT nun in der Fachzeitschrift Nature Materials vorgestellt. Mit Strebenlängen von unter einem Mikrometer und Strebendurchmessern von 200 Nanometern sind seine Bauteile aus glasartigem Kohlenstoff rund einen Faktor fünf kleiner als vergleichbare sogenannte Metamaterialien. Durch die kleine Dimension werden bisher unerreichte Verhältnisse von Festigkeit zu Dichte erzielt. Anwendungen als Elektroden, Filter oder optische Bauteile könnten möglich werden.“

Das kleinste 3D-Druck-Objekt der Welt (Foto © Jens Bauer, Karlsruher Institut für Technologie)

Wahrscheinlich das kleinste 3D-Druck-Objekt der Welt (Foto © Jens Bauer, Karlsruher Institut für Technologie)

Genutzt wurde zuerst bewährte 3D-Drucktechnik: „Laserstrahlen härten computergesteuert die gewünschte mikrometergroße Struktur in einem Photolack aus. Die Auflösung des Verfahrens erlaubt es allerdings nur, Streben von rund 5-10 Mikrometer Länge und einem Mikrometer Durchmesser zu erstellen. Im anschließenden Schritt wird die Struktur mittels Pyrolyse geschrumpft und verglast … Das Objekt wird in einem Vakuum-Ofen Temperaturen von rund 900 Grad Celsius ausgesetzt, wodurch die chemischen Bindungen sich neu orientieren. Dabei entweichen alle Elemente aus dem Lack außer dem Kohlenstoff, welcher in seiner ungeordneten Form als Glaskohlenstoff in der geschrumpften Fachwerkstruktur zurückbleibt.“

Damit sind die Möglichkeiten des 3D-Drucks noch längst nicht erschöpft. Sogenannte Bioprinter, und damit kommen wir kurzfristig wieder zum Thema Essen zurück, sollen beispielsweise künstliches Rindfleisch produzieren, für das kein Tier sterben musste, und die Ökobilanz fällt auch noch sehr viel günstiger aus als in der konventionellen Landwirtschaft. Und vielleicht gelingt es demnächst sogar, menschliche Organe mit Bioprintern zu erzeugen.

Man wird sehen, welche Anwendungen sich letztlich als ökonomisch sinnvoll erweisen und sich praktisch durchsetzen. Prinzipiell wird in absehbarer Zukunft wohl gelten: Was sich denken lässt, lässt sich auch drucken.

Bild ganz oben: Pizza aus dem 3D-Drucker (© Natural Machines)