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

Schuhe, T-Shirts und Handys aus dem 3D-Drucker: Verbraucher stellen ihre Wunsch-Produkte künftig einfach vor Ort selbst her. Welche Wirtschaftsprozesse das infrage stellt, wo es Geschäftschancen gibt.

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3D-Drucker für den Hausgebrauch
Ein 3D-Drucker für 220 Euro: Der Micro 3D Printer wurde bereits im Februar 2014 vorgestellt, nun bietet das US-Unternehmen den M3D auf der Crowdfunding-Plattform Kickstarter an. Das Finanzierungsziel des kleinen, würfelförmigen 3D-Druckers lag bei 50.000 US-Dollar - es wurde innerhalb von elf Minuten erreicht. Mittlerweile wurden über 840.000 US-Dollar zugesagt. Die Finanzierungskampagne läuft noch bis zum 7. Mai 2014. Der 3D-Drucker wiegt rund 1 Kilogramm und kann per USB mit dem Computer verbunden werden. Er verarbeitet ABS, Nylon und PLA. Im Schmelzschichtungsverfahren und bei einem Bauraum von 11 x 11 x 12 cm wird nur der Druck von sehr kleinen Gegenständen ermöglicht. M3D will dabei unterschiedliche Kunststofffarben anbieten. Der Kunststoffdraht hat einen Durchmesser von 1,75 mm und wird von einer kleinen Spindel abgerollt, die sich im Gerät befindet. Eine Rolle mit 225 Gramm Druckmaterial soll etwa 12 US-Dollar kosten. Voraussichtlich wird der erste Druckerwürfel im November 2014 ausgeliefert. Quelle: Golem Quelle: Screenshot
140 Euro soll dieser winzige Freihand-3-D-Drucker in der Form eines Stiftes kosten. Damit können besonders feine Strukturen aus erhitztem Kunststoffdraht gemalt werden, dessen Ausgabe-Geschwindigkeit über zwei Tasten gesteuert werden kann. Die Herausforderung für die Entwicklung: Der Lix Pen soll über Kickstarter finanziert werden. Der Stift ist 16,4 Zentimeter lang und hat einen Durchmesser von 1,4 Zentimeter - er wiegt 35 Gramm. Gefüllt wird der Stift mit einem Filament, also Fasern, die rund zehn Zentimeter lang ist und für zwei Minuten zeichnen ausreichen. Die Stromversorgung läuft über USB. Quelle: Golem.de Quelle: PR
Fertig montiert und flott einsatzbereit ist das Modell FreeSculpt von Pearl. Der Drucker kostet 800 Euro. Kompakte Formen lassen sich mit dem Gerät gut erstellen, bei feineren Gegenständen franst das Ergebnis häufig aus. Außerdem sind die einzelnen Schichten deutlich zu erkennen. Für den Preis verdient der Drucker trotzdem das Prädikat CHIP-Preistipp. Quelle: Presse
Ab 1000 Euro ist der iRapid zu haben. Das Modell produziert sämtliche Druckaufträge bis zu einem Volumen von 25 Zentimeter Breite, 15 Zentimeter Tiefe und 12 Zentimeter Höhe. Laut Hersteller ist das Gerät nahezu pannen- und wartungsfrei und hat ein nettes Extra eingebaut: Beim Drucken ist das Innenleben des Geräts beleuchtet, so dass man den Vorgang gut beobachten kann. Quelle: Presse
Für den Fabbster der Firma Sintermask blättern Käufer rund 1500 Euro hin. Dafür können Kunden das Gerät leicht in Betrieb nehmen. Die Grundfläche, auf der das Objekt entsteht, lässt sich leicht justieren. Allerdings ist das Druckmaterial komplizierter einzulegen als bei den Konkurrenzmodellen. Quelle: Presse
Der Ultimaker kostet etwas mehr als 2000 Euro und wirkt mit seiner Holzoptik rustikal. Wer Spaß daran hat, kann sich seinen Drucker selbst zusammenbauen. Ein CHIP-Redakteur braucht dafür etwa 16 Stunden. Für andere Bausätze braucht man schon mal 24 Stunden. Wer darauf keine Lust hat, kann sich seinen Drucker auch vormontiert bestellen. Im Test zeigten sich zwei Nachteile des Ultimaker: Zum Einen muss die Grundfläche häufig justiert werden. Zum anderen sind die Führungsstangen ein wenig zu lang. Foto: Mirko Tobias Schaefer/ Flickr Quelle: Presse
Testsieger ist der Replicator 2 der Firma Makerbot. Er kostet zwar 2350 Euro. Laut CHIP lohnt sich das Geld allerdings. Zwar wackelt die Kontrolleinheit, das Druckergebnis leidet aber nicht darunter. Besonders praktisch: Die Kalibrierung fällt leicht, weil das Gerät nicht mehr als die drei nötigen Einstellschrauben hat. Außerdem fährt der Druckkopf automatisch in die richtige Position. Ein Display zeigt an, welcher Schritt als nächstes folgt. Quelle: Presse

Schuhe zu kaufen kann ziemlich nerven. Man rennt von Geschäft zu Geschäft und findet am Ende doch nur ein Paar, das drückt, schlappt – und nicht so cool aussieht wie gedacht. So gesehen haben es Kunden der US-Start-ups Feetz und 3D Shoes besser. Sie vermessen ihre Füße daheim mit ihrer Smartphone-Kamera-App und schicken die Daten an die Hersteller. Zudem wählen sie Design, Farbe, Material und Sohle aus. Wenige Tage später erreicht sie ein Päckchen, darin die Schuhe, maßangefertigt in einem 3D-Drucker. Und mit Preisen von umgerechnet 50 bis 180 Euro je nach Modell nicht mal teuer.

Die neue Technologie hinter dem Service kann noch viel mehr: Mittlerweile lässt sich mit ihr fast jeder denkbare Gegenstand Schicht für Schicht aus Pulvern, Fasern oder geschmolzenen Kunststoffen herstellen: Fahrradrahmen, Nudeln, Gitarren, Turbinenschaufeln, Häuser, ja sogar Blutgefäße. Fachleute sprechen von additiver Fertigung. Der 3D-Druck erreicht damit ein neues Stadium. Jeder kann die Technik nun nutzen.

Umsätze vom 3-D-Druck boomen

Dahinter steckt ein zweifacher Zeitensprung. Das Verfahren führt zurück in die vorindustrielle Epoche, als Handwerker jedes Produkt individuell herstellten. Und es katapultiert den Replikator aus der Zukunft ins Jetzt. Das Gerät produziert in der Science-Fiction-Serie „Raumschiff Enterprise“ fast alles aus dem Nichts – von der Tasse Tee bis zum Ersatzteil.

Maßgeschneiderte Schuhe aus dem Drucker

Nicht nur Start-ups, auch etablierte Konzerne stellen sich auf die disruptive neue Produktionstechnik ein. Denn das Zusammenwachsen von Herstellung und Verkauf bricht Branchenstrukturen auf und erzwingt neue Geschäftsmodelle. Zum Beispiel werden die Sportartikelhersteller Adidas und Nike, so die Pläne, 3D-Drucker in ihren eigenen Läden installieren. An einem Touchscreen bauen sich dort die Kunden einen Laufschuh zusammen, wählen ihre Lieblingsfarbe für das Obermaterial, entscheiden sich für eine Sohle und Schnürsenkel in schrägem Grün. Zwei Stunden später können sie das gute Stück abholen.

Was sich da bei Schuhen quasi auf leisen Sohlen anschleicht, hat das Potenzial zum Big Bang. Wenn Unternehmen und Konsumenten sich künftig ihre Produkte vor Ort ausdrucken können, dreht das die Globalisierung zurück.

Auswahl von 3D-Druck-Verfahren

Noch wird es etliche Jahre ein Nebeneinander traditioneller Massenproduktion und additiver Einzelfertigung geben, bevor sich die neue Technik komplett durchsetzt. Doch der Trend wird schon bald etwa Chinas heutige Rolle als billige Werkbank der Welt infrage stellen. Da ist sich Richard D’Aveni sicher, renommierter Wirtschaftsprofessor an der Business School des Dartmouth College in den USA. „Viele Produktionen wandern dann wieder zurück vor Ort, ob Schuhe, Spielzeug oder Elektronik.“

Selbst der Kauf des Smartphones könnte ganz anders ablaufen. Die Kunden erwerben bei Apple, Samsung und Co. nur noch Rechenchips und Software – das Gehäuse samt Display gestalten sie selbst und drucken es im 3D-Laden um die Ecke aus. Die riesigen Fabriken des umstrittenen Apple-Zulieferers Foxconn wären dann größtenteils überflüssig.

3D-Drucker sind eine Entwicklung voller sozialer Sprengkraft

Genauso könnte Bangladeschs Position als Schneiderei der Welt in Gefahr geraten, die sich das Land mit miesen Löhnen und einsturzgefährdeten Fabriken erkauft hat. Jedenfalls wenn eine jüngste Erfindung aus San Francisco markttauglich wird. Dort ist den Gründern von Electroloom eine sensationelle Weiterentwicklung des mechanischen Webstuhls gelungen: Sie spritzen Baumwoll- und Polyesterfasern auf eine T-Shirt-Form aus Aluminium. Ein elektrisches Feld zieht die Fasern an. Die verkleben unter Wärmezufuhr – fertig ist das nahtlose Hemd.

Produzieren wir erst einmal unsere Kleidung selber – preiswert, die Entwürfe ganz der eigenen Fantasie überlassen –, verlieren Hunderttausende Näherinnen in dem Armenhaus Südasiens den Job. Das verdeutlicht die Sprengkraft der additiven Fertigung. Experten der Beratung McKinsey zählen den 3D-Druck daher zu den zwölf Technologien, die die Welt verändern werden.

Was alles aus dem 3D-Drucker kommt
3D-gedrucktes Kleid
Obst muss nicht zwangsläufig auf Bäumen wachsen: Das britische Unternehmen "Dovetailed" hat nun einen 3-D-Drucker entwickelt, der auch Obst druckt. Das Gerät kombiniert dabei "Tröpfchen mit verschieden Geschmäckern", die dann mit Hilfe von Molekularküche zu einer Frucht geformt werden. Das bedeutet: Dem Fruchtmus wird Natriumalginat beigemischt. Am Wochenende wurde der 3D-Drucker im Rahmen der Tech Food Hack in Cambridge vorgestellt. Quelle: dpa
Hedwig Heinsmann, Architekt aus Amsterdam, will die Baubranche revolutionieren und vor allem umweltfreundlicher machen. Er arbeitet bei Dus Architects, einem Architekturbüro, das das erste Haus aus dem 3D-Drucker zu bauen versucht. Bisher stehen nur einige, 180 Kilogramm schwere Bauteile des Hauses. Innerhalb von drei Jahren soll daraus im Lego-Verfahren ein Haus mit 13 Räumen entstehen. Quelle: obs
In Wales haben Chirurgen ein Gesicht mit Teilen aus dem 3-D-Drucker repariert. Stephen Power hatte sich nach einem Motorradunfall den Oberkiefer, die Nase und die Wangenknochen gebrochen. Um die neue Gesichtsform möglichst realistisch darzustellen, haben die Ärzte einen CT-Scan von Powers Schädel gemacht, um daraus ein Modell zu drucken, auf dessen Grundlage Anleitungen und Platten gedruckt wurden. Durch diese Methode konnten die Knochen im Gesicht wieder an die richtigen Stellen gebracht und durch Platten zusammengesetzt werden. Seit dem Unfall war der 29-jährige so entstellt, dass er nur noch mit Sonnenbrille und Hut das Haus verlassen hat. Die Ergebnisse seien "vollkommen lebensverändernd", sagte Power dem Rundfunksender BBC. "An dem Tag, an dem ich aufwachte, konnte ich den Unterschied sofort sehen." - Die ganze Geschichte auf bbc.com Quelle: Screenshot
Das 3D-Drucker sogar Organe drucken können, ist nicht neu. Doch nun zeigt ein konkreter Fall, wie 3D-Druck leben retten kann. Der 14 Monate alte Roland Lian Bawi litt an einem schweren Herzfehler. Der kleine Junge hatte Löcher in der Herzwand, die sich nicht von alleine schließen wollten. Um die komplizierte Operation üben zu können, erstellte der Arzt Erle Austin ein perfektes Modell des erkrankten Organs. So konnte das Operationsteam vor dem schwierigen Eingriff die Abläufe trainieren. Die Behandlung verlief erfolgreich. Quelle: 3dprint.com Quelle: dpa
Gestatten: Das ist Toothless, der kleine blaue Drache. Sie kann zwar kein Feuer spucken, dafür aber ein kleines Mädchen sehr glücklich machen. Die siebenjährige Sophie hatte von ihrem Vater von all den wundersamen Sachen gehört, die schon mit 3D-Druckern hergestellt werden können, und schickte kurzerhand einen Brief an die Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) mit der Bitte, einen Drachen für sie zu erschaffen. Die Forscher ließen sich nicht lange bitten und erschufen diesen kleinen blauen Drachen aus Titan für Sophie - sie war völlig aus dem Häuschen und möchte nun Wissenschaftlerin werden, wenn sie groß ist.
Zu Weihnachten wird gebastelt. Der Siemens Forscher Olaf Rehme hat dafür nicht Schere und Papier in die Hand genommen, sondern seinen 3D-Drucker angeworfen. Als private Spielerei druckt er Weihnachtsbäume aus superhartem Spezialstahl. Siemens stellt aus diesem Material Brenner für Gasturbinen her. Das Unternehmen nutzt die Technologie, um sich die komplexe Ersatzteil-Lagerung zu sparen. Außerdem lassen sich Formen drucken, die mit anderen Fertigungsmethoden unmöglich sind. Quelle: PR

Frische Zahlen der US-Analysten von Wohlers Associates bestätigen die Einschätzung. Die revolutionäre Drucktechnik verlässt das Experimentierstadium und wird zum boomenden Geschäft. Seit 2009 haben sich die Umsätze vervierfacht – auf mehr als vier Milliarden Dollar. Unternehmenschef Terry Wohlers ist sicher: „Der Durchbruch ist geschafft.“ Die Technologieexperten der Marktforschung IDTechEx sagen für 2025 Einnahmen von weltweit 20 Milliarden Dollar mit 3D-Druckern, dazugehöriger Software und dem Service voraus. Am stärksten zeigt sich der Umbruch im Konsumgüterbereich, wo 3D-Drucker den Wohlers-Zahlen zufolge nach dem Maschinenbau schon am zweithäufigsten eingesetzt werden. Auch Anwendungen in der Medizin legen stark zu.

Händler werden zu Fabrikanten

Allen voran den Händlern eröffnen sich neue Geschäftschancen. Sie können ihre Ware auf einmal im eigenen Laden herstellen: Optiker Brillengestelle, Juweliere Schmuck, Telefonläden Smartphonehüllen, Einrichtungshäuser Lampen oder Stühle und Tische. Auf der Möbelmesse Interzum in Köln waren solche Produkte Anfang Mai schon zu bestaunen.

3-D-Drucker Einsatzorte

Das New Yorker Start-up Normal hat in seinem Kopfhörer-Laden in Manhattan die eigene Fabrik schon integriert. Kunden vermessen per Handykamera ihre Ohrmuscheln und senden die Daten ins Geschäft. Oder sie fotografieren diese direkt dort. Ein 3-D-Drucker fertigt daraus passgenaue Ohrstöpsel. Lautsprecher und Elektronik setzen die Mitarbeiter per Hand ein; 48 Stunden nach der Bestellung können die Kunden ihre Kopfhörer abholen. Sie kosten nur 100 bis 200 Dollar statt der üblichen 2000 Dollar für vergleichbare Spitzengeräte. „Unsere Produkte kann sich jeder leisten“, schwärmt Gründerin Nikki Kaufman. „Und sie sitzen perfekt.“

Im Vergleich zu dem, was in den USA passiert, nehmen sich die Ansätze hierzulande bescheiden aus – zumindest bei Alltagsprodukten. Immerhin: Ein Selfie der besonderen Art bietet das Düsseldorfer Start-up Doob. Der Kunde lässt sich mithilfe eines speziellen Geräts rundum scannen. Nach zwei Wochen liefert die Firma eine lebensechte Figur nach Hause, ab zehn Zentimeter, bis lebensgroß. Ähnliche Angebote gibt es in vielen deutschen Großstädten.

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.

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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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