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TechnikVon Minibohrern, Häusern und Mondstationen

Die Welt aus dem Drucker

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Bernd Seidel

Bernd Seidel

freier Journalist

3D-Drucker verändern die Welt der Fertigung. Die Herstellung komplexer Teile aus Kunststoff, Metall und anderen Werkstoffen ohne Werkzeuge und Formen zwingt Ingenieure zum Umdenken und eröffnet der Industrie völlig neue Chancen.

06. Januar 2016

Das gibt es nur im Kino: Eine komplette Welt aus dem 3D-Drucker zeigt der Kurzfilm »Chase Me« des Filmemachers Alexandre Deschaud. Mit mehr als 2.500 3D-Drucken realisierte er die Geschichte eines Mädchens, das von einem Monster verfolgt wird. Selbst die Bäume in dem Animations­film stammen aus dem 3D-Drucker Formlabs Form 1+ STL.

Ganz so weit ist der 3D-Druck in der realen Welt noch nicht, wenngleich ihm Experten wie der Innovati­ons­for­scher Professor Frank Piller von der RWTH Aachen das Potential für eine grundlegende Revolution der industri­ellen Fertigung zuschreiben. Piller sagt: »Vieles von dem Wissen, das Ingenieure bislang brauchten, um fertigungs­ge­recht zu konstruieren, ist jetzt hinfällig. Doch gleichzeitig ist der 3D-Druck eine große Chance für jeden Entwickler, um sein kreatives Potential besser auszuschöpfen.«

Von der künstlichen Ohrmuschel über Zahnersatz, filigranen Designer­schmuck und Maschinen­er­satz­teile bis hin zu Motorrädern, Autos, Häusern und Brücken: In immer kürzeren Intervallen erscheinen beeindru­ckende Bilder neuer Produkte »aus dem Drucker« in den Medien. Den Rekord als größte Objekte aus dem 3D-Drucker halten derzeit wohl eine viktoria­nisch anmutende Villa und ein fünfstöckiges Wohnhaus der chinesischen Baufirma Winsun. Beide sind bislang nur Ausstellungs­stücke und nicht bewohnbar, doch der Hersteller strebt die Fertigung alltagstaug­li­cher Modelle an.

Auch wenn deutsche Bauvorschriften mit derartigen Verfahren bis auf weiteres wohl nicht zu erfüllen sind: Die Europäische Weltraum­or­ga­ni­sa­tion ESA entwickelt bereits Szenarios für den Einsatz von 3D-Druck auf dem Mond, um dort benötigte Gebäude und Anlagen gleich vor Ort zu produzieren – unter Verwendung des reichlich vorhandenen Regoliths (»Mondstaub«). Andere Entwickler erarbeiten Technolo­gien für möglichst kleine Drucke, und so verwundert es nicht, dass auch der mit 17 Milli-meter Höhe, 7,5 Millimeter Breite und 13 Millimeter Länge angeblich kleinste Akku-Bohrschrauber der Welt aus einem 3D-Drucker kommt – konstruiert von einem Wartungs­tech­niker in Neuseeland.

Das Prinzip der additiven Fertigung, das dem 3D-Druck zugrunde liegt, ist einfach. Dabei erstellt eine Maschine dreidimen­sio­nale Werkstücke schichtweise (additiv) aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach digital vorgegebenen Maßen und Formen, wie sie etwa mit einem CAD-System erstellt werden.

Ähnlich wie Texte und andere zweidimen­sio­nale Digitaldruckerzeug­nisse lassen sich im 3D-Druck hergestellte Objekte einfach durch Änderungen an den Konstruk­ti­ons­daten individuell verändern – ohne den zeitaufwen­digen und teuren Bau spezieller Werkzeuge. In der Automobil­in­dus­trie beispiels­weise wird 3D-Druck aus diesem Grund seit Jahren für Rapid Prototyping eingesetzt, um die Time to Market bei neuen Produkten zu verkürzen. Heute wird 3D-Druck in vielen Bereichen genutzt, um Prototypen oder Vorlagen, etwa für Gussformen, herzustellen. Dabei profitieren die Unternehmen unter anderem von der Möglichkeit, Hinterschnei­dungen abzubilden, die mit konventio­nellen Verfahren nicht realisierbar sind.

Darüber hinaus hat der 3D-Druck inzwischen den Status eines eigenstän­digen Fertigungs­ver­fah­rens (»Rapid Manufactu­ring«) für die Vor- und die Kleinseri­en­fer­ti­gung erlangt. Tobias King, Director Applications & Marketing beim Unternehmen voxeljet, berichtet: »Wir haben in einer ganzen Reihe von Kundenpro­jekten die Erfahrung gemacht, dass sich 100 bis wenige Tausende von komplexen Teilen in vielen Fällen wirtschaft­li­cher herstellen lassen als mit klassischen Werkzeug­ma­schinen.«

Allerdings lohnt sich die Investition in eine 3D-Druckmaschine für die industri­elle Fertigung nicht für jedes Unternehmen, weshalb voxeljet 3D-Druck auch als Service anbietet und unter anderem Zylinder­köpfe für Schiffsdiesel fertigt. Die Potentiale der Technologie sind also mannigfaltig, wie RWTH-Forscher Piller sagt, nun liegt es an Kunden und Entwicklern, daraus wirtschaft­lich machbare Lösungen zu entwickeln.

3D-Druck für Fertigung in Europa

Um die Möglichkeiten des 3D-Drucks voranzutreiben, entsteht in Amsterdam derzeit unter Beteiligung der Hochschule »Hogeschool van Amsterdam« ein kompletter Business-Park, in dem sich alles um den 3D-Druck dreht (www.3dmakers­zone.com). Ziele sind neben der Innovati­ons­för­de­rung mehr Beschäfti­gung und wirtschaft­li­ches Wachstum für die Region Amsterdam. Innovati­ons­for­scher Frank Piller (twitter.com/masscustom) glaubt, dass 3D-Druck nicht nur die Fertigung, sondern unser wirtschaft­li­ches System verändern wird: »Beim 3D-Druck macht es von den Kosten kaum einen Unterschied, ob der Drucker in Deutschland oder in China steht. Und wer für den hiesigen Markt produziert, kommt unter dem Strich wohl mit der Fertigung in Deutschland günstiger weg, weil die Kosten und der Zeitaufwand für den Transport entfallen.«

Ausgabe 2015/02

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