The Next Big Thing: 3D-Drucker in Wirtschaft, Forschung und zu Hause

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3D-Drucker revolutionieren die Industrie und Warenwelt..

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3D-Drucker etablieren sich immer mehr. Von der Science-Nischenmethode entwickelte sich die Technologie zum neuen In-Tool in der Industrie. Auch das Drucken zu Hause wird immer dreidimensionaler.


Plastikschälchen aus dem 3D-Drucker

Eigentlich sind 3D-Drucker nichts Neues. Drucker, die dreidimensionale Gegenstände schichtweise zu einer Form aufbauen gibt es schon seit rund 30 Jahren. Der US-amerikanische Physik-Ingenieur und Erfinder Charles W. Hull legte Mitte der 1980er Jahre den Grundstein für diese revolutionäre Fertigungstechnologie.

Das allererste Stück, das Hull in seinem Heimlabor drucken ließ, war ein dunkelbraunes Plastikschälchen mit allerlei Riffeln und Aussparungen, das er seiner Frau schenke – nach 45 Minuten Herstellungszeit. Wahrscheinlich nicht gerade schön, dafür aber praktisch – und vor allem innovativ.
Inzwischen dürfte seine Frau ihm den ästhetischen Fauxpas verziehen haben, denn mittlerweile hält er mehr als 30 Patente zu dieser Technologie.

2014 brachte ihm das auch den Europäischen Erfinderpreis ein, der jährlich vom Europäischen Patentamt verliehen wird. Und noch mehr, im gleichen Jahr wurde er in den USA in die „National Hall of Fame“ aufgenommen, und zählt somit zu den größten Erfinder der modernen Ära. Charles W. Hull, der Zuckerberg des Digitaldrucks.

Schöne neue dreidimensionale Druckwelt

Halls Ziel war es, eine schnellere Fertigung von kleinen Teilen aus Kunststoff zu finden, die in verschiedenen Industriezweigen als Prototypen für Bauteile gebraucht werden. Weil deren Herstellung zu lange dauerte und den Entwicklungsprozess ausbremste, musste da eine schnellere Methode gefunden werden.

Schicht für Schicht wächst beim 3D-Druck ein dreidimensionaler Körper in die Tiefe.

Da der Erfinder Ende der 70er Jahre mit optischen Verfahren arbeitete, und sein damaliger Arbeitgeber mit UV-Licht dünne Kunststoffschichten aushärtete, kam eins zum anderen. Sein Grundgedanke: Gegenstände sollte man sich peau à peu aus Schichten vorstellen. Daraus zog er die Schlussfolgerung, dass man einen Gegenstand auch Schicht für Schicht herstellen kann.


Mit dieser besonderen Vorgehensweise hat der Print Stool auf der diesjährigen Orgatec Colgone in Köln für großes Aufsehen gesorgt. Die Resonanz war durchweg positiv.

Diese Systematik könnte man doch mal mit UV-Laserstrahlen versuchen, und et voilá, das Grundprinzip beim 3D-Druck war geboren – Kunststoff-, Keramik- oder Metallpulver werden mit Hilfe von Lasern Schicht für Schicht verschmolzen, bis die gewünschte Form entsteht. Hull nannte seine neue Technik übrigens nicht 3D-Drucker sondern Stereolithografie.

Okay, der Name konnte sich nicht durchsetzen, dafür aber Halls gegründete Firma 3D-Systems.

3D-Druck-Nutzung in der Wirtschaft – Germany first!

Die Technik wurde immer schneller und immer präziser – dank besserer Computerleistung und neuer Lasertechnologien. Als Katalysator wirkte hier sicherlich die globale Digitalisierung. Und diese wird sicherlich weiterhin für Innovationsschub sorgen.

Die 3D-Druck-Branche boomt. Dem Forschungsunternehmen IDC zufolge werden die weltweiten Ausgaben zum 3D-Druck bis 2020 auf 35,4 Milliarden US-Dollar steigen. Der weltweite Umsatz mit 3D-Druckern und 3D-Druck-Dienstleistungen würde sich damit in den kommenden Jahren verdoppeln.

Und Halls Firma? 3D Systems zählt aktuell weltweit immer noch zu den Top-Five der wichtigsten Hersteller von 3D-Druckern. Auf Platz drei und vier befinden sich zwei Firmen aus Deutschland.

Die Statistik zeigt die wichtigsten Hersteller von 3D-Druckern weltweit nach Umsatz im Jahr 2015. .

Anders schaut es beim unternehmerischen Einsatz von 3D-Druckern aus. Egal ob Ersatzteile für Medizin wie Zahnersatz, Autoteile, Spielzeug, Kleidung, Möbel, Schmuck oder Flugzeugteile – deutsche Unternehmen sind weltweit führend beim Einsatz von 3D-Druckern.

Laut einer Studie der Unternehmensberatungsfirma Ernst & Young werde in Deutschland hochgerechnet fast eine Milliarde Euro Umsatz mit Produkten aus 3D-Druckern erzielt.

Laut der Umfrage von Ernst & Young erwartet vor allem die Autoindustrie Vorteile durch 3D-Druck.

Die Unternehmensberatungsfirma befragte 900 Unternehmen aus 12 Ländern und neun Branchen. In Deutschland wurden 200 Unternehmen befragt. Davon gaben 37 Prozent an, Erfahrung mit 3D-Druck gesammelt zu haben. Weitere 12 Prozent beabsichtigen die Verwendung von 3D-Druckern in naher in Zukunft.

Aktuell setzten weltweit Unternehmen geschätzt 10 Milliarden Euro mit 3D-Druck um, demnach fände ein Zehntel des weltweiten 3D-Druck-Umsatzes in Deutschland statt. Deshalb das Fazit der Studie: deutsche Unternehmen sind aktuell führend im 3D-Druck von Endprodukten.

Aber die Konkurrenz schläft nicht. „38 Prozent aller befragten Unternehmen erwarten, dass 3D-Druck in fünf Jahren zur Herstellung von Endprodukten in der Serienanfertigung eingesetzt wird“, bilanziert die Studie. Die Folge sei, dass deutsche Unternehmen in den nächsten fünf Jahren überholt würden, wenn Unternehmen in anderen Ländern ihre Pläne realisierten.

3D-Druck ist also aus industrieller Unternehmerperspektive auf dem Vormarsch – und es wird positiv in die Zukunft geblickt. Denn „fast 46 Prozent der weltweiten Unternehmen erwarten in fünf Jahren Vorteile mit 3D-Druck zu erzielen“, sagt die Studie.

Andererseits seien viele mittelständige Unternehmen noch skeptisch wegen der hohen Anschaffungskosten für 3D-Drucker und der fehlenden Expertise.

Dreidimensionales Drucken im Studium: Von der Idee und dem Design zum Prototyp

Das fehlende Know how als Grund für die Skepsis überrascht dabei, denn bereits seit Jahren kommen an deutschen Hochschulen 3D-Drucker zum Einsatz und stehen in vielen naturwissenschaftlichen, technischen und kreativen Studiengängen auf dem Lehrplan.

In Laboren gehören 3D-Drucker vielerorts zur Standardausrüstung.

Aus theoretischer Perspektive wurde aus Halls Stereolithografie dann „Science-Lehrbuch-Speech-mäßig“: die Kombination und Interaktion analoger und digitaler Prozesse: also die computergestützte Konstruktion und Fertigung von Endprodukten, Prototypen, Mustern, Modellen und Werkzeugen durch generative Fertigungsverfahren, beziehungsweise additive Fertigung – oder einfach umgangssprachlich ausgedruckt: der 3D Druck.

Aus praktischer Sicht wird mit 3D-Druckern geforscht und designt – sie gehören vielerorts mittlerweile zum Standard-Repertoire in den Werkstätten und Laboren von Hochschulen.

3D-Druck an der Trierer Hochschule

So auch an der Hochschule Trier. So wird auch in diesem Jahr am sogenannten „Girls and Boys-Day“, wo an allen drei Standorten alle Fachbereiche interessierte Schülerinnen und Schüler einladen, um sich vorzustellen, im Besonderen im Fachbereich Technik und im Fachbereich Gestaltung die innovative 3D-Druck-Technik im Vordergrund stehen.

Die Fachbereiche Technik und Gestaltung zeigen, wie aus einer Idee Wirklichkeit wird – vom Design zum Prototyp: Ganz wie ein professionelle Produktdesigner entwerfen hier die Schüler für ein Konzentrationsspiel ein Gehäuse, das anschließend mit einem 3D-Drucker Realität wird.

Für Studierende an der Trierer Hochschule gehört die 3D-Druck-Technik zum Semesteralltag.

Im Semesteralltag ist das Labor für Digitale Produktentwicklung und Fertigung bei Ingenieursausbildung nicht mehr wegzudenken. Hier hat man schon längst erkannt, dass die sogenannte die Additive Fertigung im Zuge der Digitalisierung zu einer industriellen Revolution beitragen wird.

Laut Homepage der Hochschule ist es das Ziel, „zum einen mit den Studierenden der Hochschule Trier im Rahmen der Lehre, aber auch in Kooperationsprojekten mit der Industrie diese innovative Technologie in Unternehmensprozessen verschiedenster Branchen – Produktdesign, Architektur, Innenarchitektur, Schmuckdesign, Medizintechnik, Digitale Produktentwicklung – zu integrieren und deren technologische Anwendungsmöglichkeiten zu erproben“.

Und in diesem Rahmen greifen die verschiedensten Studiengänge immer wieder Aufgabenstellungen zahlreicher Kooperationspartner auf, sowohl aus der Region, aber auch über die Grenzen der Großregion hinaus.

3D-Druck at home

In der Lehre, Forschung und Entwicklung sind 3D-Drucker also nicht erst „The next big thing“. Sie gehören schon längst zum Hochschulalltag und für die Wirtschaft nimmt die Bedeutung des dreidimensionalen Druckens weiterhin an Fahrt auf.

Im Laufe der Digitalisierung wird es zukünftig sicherlich eine 3D-Print-Taste auf jedem Rechner geben.

Und zuhause, so als Prosumer – die Mischform aus Produzent und Konsument – für den Privatgebrauch? Werden 3D-Drucker unseren Alltag und Haushalt revolutionieren? Mit Sicherheit.

Inzwischen sind zunehmend 3D-Drucker für den privaten Gebrauch auf dem Markt – Modelle und kleine Gegenstände lassen mittlerweile problemlos am Rechner generieren und anschließend dreidimensional ausdrucken. Denn heute finden sich bereits kostengünstige 3D-Drucker in jedem x-beliebigen Elektro oder Baumarkt. Aber natürlich nur für kleinere Formate und Gegenstände. Noch!

Das macht aber nichts. Die Vorstellung, sich kleine Dinge einfach zu Hause herzustellen, spricht viele an. Das kann eine Handyhülle sein, ein Schmuckaccessoire, eine Vase fürs Fensterbrett, ein Schokoladen-Selfie, Spielzeug oder wie Charles W. Hull ein Plastikschälchen.

Das Ganze ist eine neue Form der Individualisierung – Prosumer können sich ihre Produkte selbst designen und ihrer Kreativität freien Lauf lassen. Und die Nachfrage nimmt zu.

„60 Prozent der Konsumenten beabsichtigen, 3D-Druck zu nutzen, 20 Prozent haben bereits erste Erfahrungen mit solchen Geräten“, sagt Gerd Bovensiepen, Partner und Leiter des Bereichs Handel und Konsumgüter in Deutschland und Europa der Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PwC.

Aber der Experte betont auch, dass die Anschaffungskosten noch beträchtlich seien, auch wenn die Preise in den vergangenen Jahren deutlich gesunken sind.

„Ein wichtiges Kriterium neben den Kosten ist allerdings die Frage, wie anwenderfreundlich die Technik inzwischen ist“, so Bovensiepen.

Und das wird sich bei dem rasanten technischen Fortschritt sicherlich ergeben. Weitergedacht – je größer und je günstiger 3D-Drucker werden, desto mehr Möglichkeiten bieten sich für uns als Prosumer. Und das ist in der Tat revolutionär. Danke Charles W. Hull.

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