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Innovationen Deutschland wird 3D-Druck-Land

Jetzt sind sie da: In Großstädten eröffnen 3D-Drucker-Läden für Jedermann und deutsche Maschinenbauer beweisen, dass sie auch bei der neuen Technik die Nase vorn haben. 

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

In der James-Bond-Parodie Austin Powers zeigt sich Bösewicht Dr. Evil überall mit einer geklonten Schrumpfausgabe seiner selbst – dem Mini-Me. Bald kann jeder einen solchen Mini Me haben – wenn auch keinen lebendigen, sondern als Mischung aus Gips, Kreide und Kunststoff. Für die originalgetreue Kopie ist kein Bildhauer notwendig, kein Maßnehmen mit Meterband und Zollstock. Der Mini-Me kommt aus dem 3D-Drucker.

Manfred Ostermeier macht es möglich. Er betreibt einen der ersten 3D-Drucker-Läden in Deutschland. „Als Fernsehjournalisten für populärwissenschaftliche Magazine wie Galileo und Abenteuer Wissen, sind wir im Rahmen einer Recherche vor zwei Jahren auf das Thema 3D-Druck gestoßen – und es hat uns nicht mehr losgelassen“, erzählt Ostermeier, den nun mit Kumpan Thomas Strenger die Geschäftsführung des neunköpfige Botspot-Team leitet.

Hier sollen Kunden „aus nächster Nähe die Welt des 3D-Drucks in allen Facetten erleben können“, sagt er, „von Lieschen Müller bis hin zum versierten 3D-Druck-User“. Ostermeier druckt alles, was sich die Kunden wünschen – selbstkreierten Schmuck, Kunstobjekte, Häusermodelle. Und eben die Miniaturausgaben der eigenen Person. Die 15 cm Figur für 220 Euro, danach geht es in 5-cm-Schritten aufwärts bis zu 35 cm für 690 Euro. Wer eigene Entwürfe drucken lassen will, muss pro Stunde Druckzeit 22 Euro rechnen, fürs Erstellen der Druckdatei sind 65 Euro die Stunde fällig.

Vieles ist möglich, aber nicht alles: „Keine Waffen, keine verfassungsfeindlichen Zeichen und Gegenstände, und nichts, was  wir für moralisch verwerflich halten“, zeigt der ehemalige Journalist die Grenzen auf. Auf den Geräten des Botspot wäre ohnehin kein Druck einer Schusswaffe möglich, weil mit Gips und Kunststoff gearbeitet wird.  Außerdem ist bei Bauteilen, die größer als  38x25x20 cm sind Schluss. So groß ist der Bauraum des Druckers.  „Aber“, verspricht Ostermeier, „nächstes Jahr kommen deutlich größere Geräte auf den Markt.“ Wer mit druckbaren Dateien ins Geschäft kommt, muss schriftlich bestätigen, dass er das Copyright besitzt. Den Druck offensichtlicher Kopien wie etwa von Lego-Steine lehnt Ostermeier prinzipiell ab.

Wer eine Kopie seiner selbst à la Madame Tussauds Wachsfigurenkabinett möchte, stellt sich in den mit 60 Kameras bestückten Scanner.  Das Abtasten der Proportionen dauert weniger als eine Sekunde. „Den Scanner gibt es so nicht zu kaufen“, erzählt Ostermeier stolz, „das ist eine reine Eigenentwicklung unseres Teams. Und er ist einer der größten Europas.“  Was die Entwicklung gekostet hat, kann er kaum beziffern – insgesamt war der Invest für den Laden an der Prinzenstraße deutlich sechsstellig, allein der Drucker kostet rund 85.000 Euro. Der erledigt nach dem blitzschnellen Scan die eigentliche Arbeit. Sind die Druckdateien aufbereitet, trägt der Drucker Schicht für Schicht das Gips-Kreide-Polymer-Gemisch auf, bis nach drei bis vier Stunden das eigene kleine Ich herauskommt. Was früher nur  Kaisern und Diktatoren vorbehalten war, kann heute dank 3D-Drucker jeder Normalsterbliche in 180 Minuten bekommen: Sich selbst als Statue.

Die Idee kommt gut an. „Die Lieferzeit liegt wegen der großen Nachfrage schon bei drei bis vier Tagen“, berichtet der Chef. Im besten Fall wird die Figur über Nacht gefertigt und kann am nächsten Tag abgeholt werden. Läuft es weiter wie bisher, will das Botspot-Team bereits im ersten Geschäftsjahr schwarze Zahlen schreiben. „Wir sind auf dem besten Weg dahin“, freut sich Ostermeier. 

Großes Potenzial

Das Unternehmen Botspot scannt den Körper einer Kundin. Quelle: PR

 

Wie groß das Potenzial für 3D-Druck-Anwendungen ist,  zeigt aktuell die Messe EuroMold in Frankfurt. Dort trifft sich, was in der Welt des Werkzeug- und Formenbau, Design und Produktentwicklung Rang und Namen hat – über 50.000 Besucher werden bis zum 6. Dezember erwartet. Zum 20-jährigen Geburtstag zeigen sich die Veranstalter betont zukunftsgerichtet.  Messeleiter Eberhard Döring: „Die Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie hat das Potenzial, an bestehenden und bisher grundfesten Definitionen der gesamten Prozesskette zu rütteln.“ Auf dem Gemeinschaftsstand „DigiFabb“ zeigen Aussteller 3D-Drucker, Zubehör und neue Dienstleistungen.   

Einer der bereits jetzt für Furore gesorgt hat, ist der Maschinenbauer Arburg aus Loßburg im Schwarzwald. Vor wenigen Wochen hat der Spezialist für Spritzgießmaschinen für die Kunststoffverarbeitung auf der Kunststoffmesse K 2013 in Düsseldorf, seine Weltneuheit vorgestellt: den 3D-Drucker Freeformer. „Wir verfolgen damit einen völlig neuen Ansatz zur industriellen additiven Fertigung“, freut sich der Hersteller in einer aktuellen Pressemitteilung, „die werkzeuglose Produktion voll funktionsfähiger Bauteile aus handelsüblichem Kunststoffgranulat.“ Viele Teile aus dem 3D-Drucker genügen bisher nämlich nicht den Ansprüchen der Industrie.

Dort gibt es Vorgaben für die Sprödigkeit, Hitzebeständigkeit oder Biegsamkeit  und natürlich Form und Größe – schon Abweichungen vom einem 1000tel Millimeter können ein Teil unbrauchbar machen. Ein Manko des 3D-Drucks ist, dass sich der flüssige, in Tropfen aufgetragene Kunststoff  beim Aushärten noch verformen kann. Arburg verspricht dank neuer Technik exaktere Bauteile. Außerdem setzen die Baden-Württemberger auf konventionelles Granulat. Bisher müssen Anwender teures Spezialpulver kaufen, was den ohnehin schon zeitaufwändigen 3D-Druck auch noch im Materialeinsatz teuer macht.

Auch Hewlett Packard hat angekündigt 2014 in den Markt für 3D-Drucker einzusteigen. HP-Chefin Meg Whitman sagte: „3D-Druck ist in den Kinderschuhen. Es ist eine große Chance, und wir wollen sie nutzen.“ Was genau HP vorstellen will, darüber schweigt sich das Unternehmen aus. Mitte des kommenden Jahres werde „etwas“ kommen, hieß es, eine neue Technologie. US-Medien haben von einem HP-Forschungsprojekt namens Ragnarok berichtet (Research von Advancing Glass & Non-organic Applications to Recreate Objects & Kinetics). Dort soll habe erforscht haben, ob sich Glas als Material für den 3D-Druck eignet. Mehr wurde nicht bekannt.

HP hat bereits 2010 versucht ins 3D-Druck-Geschäft einzusteigen. Auf der Hannover Messe stellte das Unternehmen den Designjet 3 D und den 3D Color vor. Die Geräte kosteten 15.000 und 20.000 Euro. Bei der Entwicklung hatte HP mit Stratasys zusammengearbeitet. Das Unternehmen ist einer der führenden Hersteller von 3D-Druckern, zum dem auch die Makerbot gehört. Stratasys teilt sich derzeit den Markt in erster Linie mit 3D-Systems. Bekannt ist auch Voxeljet, ein Augsburger Unternehmen, das kürzlich in New York an die Börse ging und für den James-Bond-Film Skyfalls eine originalgetreue Kopie des Aston Martin DB5 aus den 1960er Jahren druckte, damit der statt des sündhaft teuren Originals am Ende des Films in die Luft geht.

Gerüchten nach hat HP Interesse an einer Übernahme von 3D System, wäre aber auch mit dem Kauf Stratasys gut beraten. Die Kooperation mit dem ebenfalls börsennotierten Unternehmen  wurde 2012 mangels Erfolg wieder eingestellt. Whitman scheint nun bessere Marktchancen zu sehen.  

Gewinn für Ingenieure

Besucher einer Messe bestaunen einen 3D-Drucker im Einsatz. Quelle: dpa

Attraktiv und spannend macht den 3D-Druck, dass sich geometrisch komplexe Teile nun in einem Stück herstellen lassen. Turbinen etwa oder Gelenke. Wo Ingenieure früher Aussparungen und Hohlräume vorsehen mussten, um viele Einzelteile zu einem großen Bauteile montieren zu können, druckt die Maschine nun das komplette Bauteil aus einem Stück.

Für die Großserie ist der 3D-Druck zwar nicht geeignet, aber für spezielle Anwendungen wie etwa in der Medizintechnik, wo künstliche Hüftgelenke, Zahnimplantate oder Prothesen individuell auf den Patienten angepasst werden müssen ist der 3D-Druck ideal. Der kaputte Knochen oder Zahn, wird vorher gescannt und der Drucker spuckt ein perfektes Duplikat aus. Passgenauer kann ein Ersatzteil nicht sein. Hier ist das Verfahren auch wirtschaftlich sinnvoll. Ein Zahntechniker schafft pro Tag etwa 40 Kronen, ein 3D-Drucker kann täglich pro Anlage 450 Kronen fertigen.

Mit Innovationen wie dem Arburger Freeformer hält die 3D-Druck-Technologie nun Einzug in die Serienproduktion – Kleinserien wohlgemerkt. „Wenn wir von Kleinserien sprechen, heißt das 500 oder maximal 1000 Stück“, erklärt Martin Eisenhut, Partner bei Strategie-Beratung Roland Berger. Er hat im Rahmen der Studie „Additive Manufacturing“ - so wird das professionelle 3D-Drucken in Fachkreisen genannt“ – die Wachstumschancen speziell für das Drucken von Metallprodukten erforscht – dem zweiten großen Einsatzgebiet der neuen Technologie neben der Kunststoffverarbeitung. Hier kommen keine Druckdüsen mit Kunststofftinte zum Einsatz, sondern Laser, die aus einem metallischen Pulver, Schicht für Schicht einen festen Gegenstand aus dem Puderberg schmelzen. Die Druckgeräte kosten hier locker 80.000 bis weit über 100.000 Euro.

Bisher macht der weltweite Gesamtumsatz mit 3D-Druck-Verfahren gerade mal ein Prozent am Umsatz in der Werkzeugmaschinenindustrie aus.  „In den letzten zehn Jahren ist die Nachfrage für diese Technologie nur langsam gewachsen, doch das wird sich bald ändern“, prognostiziert der gelernte Maschinenschlosser. Das Marktvolumen für metallische 3D-Druck-Verfahren lag 2012 bei 1,7 Milliarden Euro. „Innerhalb der nächsten zehn Jahre wird sich das  vervierfachen“, sagt Eisenhut.  „Immer dort, wo es um komplexe Strömungen geht, wie bei einer Benzineinspritzdüse, oder um Luftverwirbelungen, die in einen Motor gelangen, kommt konstruktionstechnischer High-Tech verstärkt zum Einsatz. Hier ist das Potenzial von 3D-Druck-Verfahren besonders hoch.“   

Wer jetzt den Markt für sich entdecke und Lösungen anbiete, können in den kommenden Jahren stark von der wachsenden Nachfrage profitieren. Vor allem die deutschen Maschinenbauer, die schon heute knapp 70 Prozent des Marktes ausmachen sieht Eisenhut als die Gewinner der 3D-Drucker-Welle. Festo aus Esslingen hat bereits Kleinserien eines Greifers im 3D-Druckverfahren hergestellt. Großaufträge könnten auch aus der Luftfahrtindustrie winken. So ließe sich etwa das Gewicht von Verschlüssen von Sicherheitsgurten mit den neuen Druckverfahren erheblich senken. Über die gesamte Einsatzdauer eines Flugzeuges lassen sich so drei Millionen Liter Kerosin im Wert von zwei Millionen Euro einsparen. Das rechtfertigt dann auch die langen Produktionszeiten. Der Druck eines Bauteils von Größe und Form eines Legosteins dauert drei bis vier Stunden.

Das Verfahren wird schneller

Schicht für Schicht trägt eine Drucker bei der Cebit in Hannover die Kunststoffmasse auf. Quelle: dpa

Eisenhut ist sicher, dass das Verfahren schneller wird. „Wir rechnen damit, dass sich die Aufbaugeschwindigkeit in den nächsten vier bis fünf Jahren vervierfachen lässt.“ Etwa indem drei oder vier Laser gleichzeitig in einem Drucker arbeiten. Auch die Leistungsstärke der Laser sei noch nicht ausgereizt. „Mehr Laser mit mehr Power im gleichen Maschinengehäuse erhöht sicherlich den Maschinenpreis. Allerdings wird die Maschine nicht drei oder vier Mal so teuer, sondern nur um 30 oder 40 Prozent“, erklärt Eisenhut. Die Gesamtherstellkosten für diese Technologie, so seine Berechnungen, werden in den kommenden fünf Jahren um 50 Prozent sinken, in den darauffolgenden fünf Jahren voraussichtlich um weitere 30 Prozent nachlassen.

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Der große Profit für die deutschen Maschinenbauer soll aber nicht durch die Anwendung der 3D-Druckverfahren kommen, sondern durch den Bau der 3D-Druck-Geräte selbst. „Von den zehn führenden Unternehmen im Bereich der metallischen 3D-Drucktechnologie sitzen fünf in Deutschland. Schauen wir aber auf die Umsatzverteilung, dann sitzen 80 Prozent der Hersteller in Deutschland.“, weiß Eisenhut.  Zu den führenden Unternehmen zählen die weltweit agierende EOS e-Manufacturing aus dem bayerischen Krailing, Concept Laser aus Lichtenfels und SLM Solutions aus Lübeck.

Eisenhut: „Im Kunststoff-3D-Druck könnte ich mir vorstellen, dass sich auch Unternehmen aus Asien stärker positionieren, aber was den metallischen 3D-Druck angeht, da liegt die Kernkompetenz heute ganz klar im deutschen Maschinenbau.“

Ihrem Ruf als Weltmarktführer wollen die deutschen auch bei der neuen Technologie gerecht werden. Wie bemüht man ist, möglichst rasch Kompetenzen aufzubauen, macht auch der VDMA – der Verband der Deutschen Maschinen und Anlagenbauer klar. Eine eigene Website rund um die Neuheiten im 3D-Druck ist bereits eingerichtet und am 22. Januar steigt die dazugehörige Fachtagung. Nach dem Motto „Von den Besten lernen“  sprechen hier  unter anderem Vertreter von Arburg, SLM Solutions und Concept Laser.

Wer bis dahin im heimischen Wohnzimmer ausprobieren möchte, was mit einem 3D-Drucker alles möglich ist, kann das mit einem der neuesten Modelle wie Delta Tower, Ultimaker, Solidoole, I3-Berlin oder Makerbot tun. Diese Geräte sind schon ab 800 Euro zu haben. Wer die Hoffnung hat, mit einem 3D-Drucker zehn weitere herzustellen wird allerdings enttäuscht. Damit sich ein Drucker „selbst fortpflanzen kann“, braucht es schon ein großes „erwachsenes“ Modell.

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