Kurz gefasst: 3D-Druck in 3 Minuten

Next Big Think Aug. 05, 2020

Wer hat es noch nicht erlebt: Die Waschmaschine streikt, der Techniker kommt vorbei, ein kleines Scharnier hinter der Trommel sei defekt. Reparieren? Klar, kann er gerne machen. Das Plastikteil koste aber fast so viel, wie eine neue Waschmaschine. Sie entscheiden sich für die Reparatur – waschen können Sie aber die nächsten zwei Wochen trotzdem nicht. Denn das Ersatzteil muss erst einmal bestellt und geliefert werden.

Schon bald könnten Problematiken wie diese der Vergangenheit angehören. Mithilfe von 3D-Druck kann das Ersatzteil in kürzester Zeit hergestellt werden – vielleicht sogar noch vor Ort.

Was ist 3D-Druck?

Ein 3D-Drucker ist kein Drucker im klassischen Sinn, sondern eine Maschine, die 3D-Objekte aus unterschiedlichem Material herstellt. An den 3D-Drucker wird ein virtuelles Modell übertragen, das er gemäß Vorlage produziert. Das virtuelle Modell können Nutzer selber mit entsprechender Software erstellen oder es werden bereits bestehende Vorlagen genutzt.

Es gibt unterschiedliche Funktionsweisen von 3D-Druckern. Am weitesten verbreitet ist das Schmelzdruckverfahren „Fused Deposition Modelling“ (FDM). Dabei wird das Material, aus dem das gewünschte Objekt hergestellt wird, hoch erhitzt und verflüssigt. Das Herzstück des 3D-Druckers, der Extruder, spritzt das flüssige Material gemäß virtuellem 3D-Modell präzise auf die Arbeitsplattform.

Das Objekt entsteht im sogenannten additiven Verfahren. Das Material wird nach bis nach in sehr dünnen Schichten aufgetragen, das Modell wird also Schicht für Schicht gedruckt. Durch einen Laserstrahl wird jede Lage ausgehärtet. Der Laser arbeitet dabei immer auf der gleichen Höhe, die Arbeitsplattform senkt sich jedoch Stück für Stück.

Das Material, aus dem das Produkt hergestellt wird – also die „Tinte“ des 3D-Druckers – wird Filament genannt. Meist dienen thermoplastische Kunststoffe als Filament, beispielsweise Polylactdi (PAL) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Die Stoffe werden auf Spuhlen aufgewickelt und ähneln einem dünnen Draht. In der Industrie dienen  auch Metalle, Keramik, Sand und andere Rohstoffe als Filament. Diese liegen meist als Pulver vor, das im weiteren Prozess eingeschmolzen wird.

Anwendungsgebiete von 3D-Druck

Die Möglichkeiten, die uns 3D-Druck bietet, sind nahezu grenzenlos. Hat man entsprechendes Material und einen Drucker, der dieses verarbeiten kann, ist jedes beliebige Objekt herstellbar. Die chinesische Firma Huashang Tengda hat 2016 ein ganzes Haus aus dem 3D-Drucker präsentiert. Dabei wurden die einzelnen Bauteile im 3D-Drucker hergestellt und zusammengebaut.

3D-Drucker ermöglichen aber nicht nur solche großen Würfe, sondern bieten Chancen für den ganz normalen Unternehmensalltag. Konzeptmodelle und Prototypen können kostengünstig und zeitsparend im 3D-Drucker hergestellt werden. Gerade Produktdesign mittels Virtual Reality (VR) wird dadurch ideal ergänzt. Der 3D-Druck fügt sich zudem perfekt in die intelligente Fabrik der Zukunft  KI-basierten Prozessen wie Predictive Maintenance ein. Denn Ersatzteile für Anlagen, beispielsweise ein Zahnrad für die Produktionsmaschine, können automatisiert selbst gedruckt und so Wartezeiten auf Lieferungen vermieden werden.

Automobilhersteller produzieren viele Bestanteile ihrer Autos bereits heute im 3D-Drucker, beispielsweise Einzelteile von Motoren oder Armaturen. Im Jahr 2014 hat der US-amerikanische Hersteller Local Motors ein Auto präsentiert, bei dem abgesehen von den Sitzen, Bremsen und dem Elektromotor alle Bestandteile aus dem 3D-Drucker stammen. Ebenso im Flugzeugbau: Beim 2014 ausgelieferten Airbus 1350 XWB stammen über 1.000 Bauteile aus dem 3D-Drucker. Aufgrund der Corona-Krise und daraus folgenden Problemen mit Lieferketten vergab Airbus jüngst weitere Großaufträge für die krisenresistente Produktion von Bauteilen aus dem 3D-Drucker.

Große Chancen birgt der 3D-Druck in der Medizin. Implantate oder Zahnkronen können passgenau und auf den einzelnen Patienten zugeschnitten hergestellt werden. Auch ganze Hörgeräte und sogar Tabletten werden bereits heute in 3D-Druckern produziert. Die Forschung arbeitet momentan intensiv an Bioprinting. Mit Bioprinting können 3D-Drucker mit organischen Substanzen als Filament arbeiten. Aktuell ist erst die Herstellung einzelner Zellen und Gewebegrundgerüsten möglich. Künftig könnten aber Haut und ganze Organe aus dem 3D-Drucker kommen.

Auch für den Privatgebrauch haben 3D-Drucker großes Potenzial. Das einleitend erwähnte Ersatzteil für die kaputte Waschmaschine kann schnell, unkompliziert und günstig zu Hause gedruckt werden. Die erforderlichen Angaben für den Druck werden vom Hersteller online zur Verfügung gestellt. Oder wie wäre es, wenn Sie Handyhüllen oder Spielzeuge für den Nachwuchs einfach und schnell selbst drucken könnten?

Ausblick

Der 3D-Druck an ist an sich nichts neues: er wurde bereits 1983 durch den US-Amerikaner Chuck Hull erfunden. Durch den Fortschritt bei benötigter Soft- und Hardware wird 3D-Druck aber immer massentauglicher und der Markt entwickelt sich aktuell rasant. Für den US-Ökonomen Jeremy Rifkin ist klar:

Diese Technik leitet die dritte industrielle Revolution ein.

Der 3D-Druck habe das Potential, unser wirtschaftliches Gefüge und globale Machtverhältnisse zu erschüttern. Denn die Karten werden neu gemischt: Haben Konsumenten und jedes Unternehmen die Möglichkeit, Bestand- und Ersatzteile selbst zu produzieren, verändern sich Produktionsprozesse komplett. Lieferketten werden agiler, Innovationen beschleunigt.

Aber nicht alle sind  so euphorisch. Der Mathematiker Hartmut Schwandt von der TU Berlin stimmt zwar zu, dass der 3D-Druck viele neue Möglichkeiten und Innovationen mit sich bringe. Die Prozess- und Materialkosten seien für eine individuelle Fertigung aber zu hoch, physikalisch sei nicht alles möglich und die Entwicklung der Technik werde grundsätzlich überschätzt. Eine Veränderung des gesamten wirtschaftlichen Gefüges durch den 3D-Druck könne darum bei weitem nicht erwartet werden.

Drei Dinge, die Sie über den 3D-Druck wissen sollten:

  1. 3D-Drucker sind Maschinen, mit denen man 3D-Objekte herstellen kann. Meist stellt man sie aus thermoplastischen Kunststoffen her. Aber auch Objekte aus Metall, Keramik, Glas und gar organischen Substanzen sind möglich.
  2. Mit 3D-Druckern können alle möglichen Objekte hergestellt werden. Für Unternehmen ist es vor allem spannend, selbst Ersatzteile für Maschinen oder Konzeptmodelle sowie Prototypen von Produkten zu drucken.
  3. Einige Wissenschaftler sind der Ansicht, der 3D-Druck könnte unser wirtschaftliches Gefüge komplett erschüttern. Denn durch 3D-Druck ändern sich Transportketten und globale Machtverhältnisse

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Dominic Hauser

Dominic Hauser ist Redakteur bei fintechcube. Davor war er in Bern als politischer Redakteur tätig und beschäftigte sich nach seinem Umzug nach Berlin mit der Digitalisierung des Public Sectors.