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3D-Drucker Wie 3D-Drucker unsere Wirtschaft verändern

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Lebensrettende Druckverfahren

Dafür macht die revolutionäre Produktionstechnik beim Bau von High-Tech-Bauteilen im Land der Ingenieure große Fortschritte. Hier kann sie einen ihrer Vorzüge voll ausspielen: Anders als bei der traditionellen Fertigung wird etwa von einem Metallrohling nichts weggefräst und ausgebohrt. Vielmehr können die Konstrukteure die Bauteile Schicht für Schicht in fast jeder beliebigen Gestalt aufbauen und der Oberfläche nützliche Eigenschaften mitgeben. Siemens druckt so speziell geformte Brennerspitzen und Zerstäuberdüsen, die aus Kraftwerks-Gasturbinen noch mehr Leistung herausholen.

Ganz scharf sind Flugzeug- und Triebwerksbauer auf die platzsparenden Bauteile aus dem 3D-Drucker. Deren filigrane Konstruktion spart Gewicht und damit Sprit. Das summiert sich für die Airlines über 30 Jahre, so lange sind die Flieger mindestens im Dienst, zu gewaltigen Beträgen. Der Ende 2014 erstmals ausgelieferte Airbus 350 XWB hebt nach Angaben des Druckerherstellers Stratasys schon mit 1000 additiv produzierten Teilen ab.

So funktioniert 3D-Druck
Das Unternehmen Botspot hat unter der Leitung von Geschäftsführer Thomas Strenger ein ganz besonderes 3D-Konzept entwickelt. In seinem Berliner Laden können Menschen Miniatur-Figuren von sich nachdrucken lassen. Quelle: dpa
Dafür müssen sich die Kunden erst von allen Seiten in der gewünschten Pose mit speziellen Kameras abscannen lassen. Die 3D-Daten werden dann an einen Computer weitergegeben. Quelle: dpa
Am PC werden die Daten dann auf die Größe der gewünschten Figur umgerechnet. Wie auch ein Dokument an einen Drucker gesendet wird, lässt sich die digitale 3D-Karte des Körpers per Mausklick an den Printer schicken. Quelle: dpa
So sehen Modelle der 3D-Drucker aus, die die Figuren aus Gips produzieren. Jeder 3D-Drucker besteht aus einer Schiene, auf der sich der Druckkopf im Rhythmus des digitalen Fahrplans hin und her bewegt. Über den Kopf wird je nach Drucker das entsprechende Material aufgetragen. Quelle: dpa
Eine rote Schutzhülle sorgt bei Botspot dafür, dass keine äußeren Einflüsse auf den empfindlichen Gips einwirken, der vorsichtig Schicht für Schicht nach der Druckvorlage übereinander gelegt werden. Quelle: PR
Am Ende entsteht eine Gipsfigur, die nur noch etwas Farbe benötigt. Doch wie sieht der Druckvorgang unter der Schutzhülle genau aus? Quelle: PR
Gut ist das auf diesem Foto zu erkennen, das einen 3D-Drucker zeigt, der auf der Messe CeBIT in Hannover Plastik-Elemente gedruckt hat. Aus der kleinen rötlichen Spitze fließt das Material, das in hauchdünnen Schichten Stück für Stück aufgetragen wird. Dabei bewegt sich der Druckkopf langsam hin und her und gibt nach der Druckvorgabe vom PC das Material frei. Quelle: dpa

Auch in der Medizin beginnt sich die Technik des 3D-Drucks zu etablieren. Besonders hilfreich ist die Methode, um exakte, lebensechte Modelle von Organen vor sehr komplizierten Operationen herzustellen, damit die Mediziner besser planen können. Beispielsweise für die zweijährige Mina Khan, die mit einem ungewöhnlich kleinen und deformierten Herzen auf die Welt kam.

Anhand des 3-D-Modells, das der deutsche Kinderkardiologe Gerald Greil fertigte, konnten Chirurgen am St. Thomas’ Hospital in London das Herz des todkranken Kleinkinds Ende Januar erfolgreich operieren.

Serienreife dürfte der 3D-Druck zuerst bei maßgeschneiderten Implantaten erreichen. Bisher wählen etwa Orthopäden aus einem Katalog von Normgrößen einen – oft nicht gut sitzenden – Hüftgelenkskopf aus. In Zukunft lassen sie für ihre Patienten ein optimal passendes Implantat drucken.

Das niederländische Unternehmen Xilloc Medical hat sich auf solche Titan-Knochen-Implantate spezialisiert und druckt im 3D-Verfahren Unterkiefer oder Schädelknochen nach.

Was mit Metall und Plastik gut gelingt, versuchen Forscher weltweit auch mit Biomaterialien und sogar lebenden Zellen. Solch lebendes Gewebe direkt nachzudrucken ist bisher aber noch eine Kunst.

Mediziner hoffen auf Organe aus dem 3D-Drucker

Mit flächigen, eher zweidimensionalen Geweben wie Haut oder Knorpel klappt das schon gut. Biologische Strukturen mit Hohlräumen sind jedoch noch eine Herausforderung.

In Arbeit
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Das bisher einzige kommerziell verfügbare und patentierte Verfahren hat das kalifornische Unternehmen Organovo für Adern entwickelt. Der Gründer und Forscher Gabor Forgacs ordnet die Zellen dazu in Glasröhren an und schiebt sie Schicht für Schicht in einen speziell entwickelten Drucker. Der fügt zwischen jede Zellschicht eine stabile Gelschicht ein, damit die frisch gedruckte Ader nicht sofort wieder zusammenklappt.

Die ultimative Herausforderung für den Biodruck sind komplette Organe. Doch anders als bei den relativ simpel aufgebauten Adern müssen für Herzen, Lebern oder Lungen Dutzende Zellarten Lage für Lage an die richtige Stelle gebracht werden – eine Herkulesarbeit, an der Hunderte Forscher tüfteln. Wie wichtig ihre Arbeit ist, zeigt eine Zahl: Allein in Deutschland warten mehr als 10.000 schwerkranke Menschen auf ein Spenderorgan. Für sie könnte der 3D-Druck zum Lebensretter werden.

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