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Creditreform

Sie heißen Replicator, Fabbster oder Ultimaker – und was bei herkömmlichen Druckern Tinte oder Toner ist, ist bei den 3D-Druckern spezielles Plastik. Schichtweise verteilen sie erhitzten Kunststoff so, dass nahezu beliebige Objekte entstehen, und das vermeintlich aus dem Nichts.Vorbei die Zeiten, in denen 3D-Druck ausschließlich etwas für High-Tech-Konzerne oder Spezialisten war. Mit günstigen Geräten hat die Technik den Massenmarkt erreicht. Angelockt fühlen sich aber längst nicht nur Technikfreaks: „Die Mehrheit unsere Kunden sind Unternehmer“, sagt Michael Sorkin, der Deutschlands erstes Ladengeschäft für 3D-Druck eröffnete. „Vor allem im Bereich Prototypen bietet die Technik viel Potenzial.“ Juweliere, Designer, Architekten oder Handwerker aus unterschiedlichen Branchen informieren sich bei ihm über die Möglichkeiten, ihre computergenerierten Entwürfe in anfassbare Modelle umzuwandeln oder gar in Kleinserie zu fertigen.

Rapid Prototyping

Bis vor wenigen Jahren noch war das undenkbar. In den 1980er-Jahren war die Technik fast ausschließlich Konzernen etwa aus der Automobil- oder Luftfahrtbranche vorbehalten, um Funktionsmodelle einzelner Bauteile entstehen zu lassen. Das Schlagwort ist Rapid Prototyping: Um die Jahrtausendwende wurden die Verfahren so günstig und einfach zu handhaben, dass zum Beispiel Dentallabore Zahnimplantate damit herstellen können. Zugleich tauchten zahlreiche Dienstleister auf, die anderen Firmen Maschinen und Know-how zur Verfügung stellten. Als dann im Jahr 2005 einige Patente ausliefen, bastelten sich zunächst Technikbegeisterte eigene, wenn auch einfache 3D-Drucker zusammen, wenig später waren erste Bausätze zu haben. Und nun schicken sich Hersteller an, mit kompletten Systemen, die weniger als 1.000 Euro kosten, den Massenmarkt zu erobern. Auspacken, Strom einstöpseln – schon ist die eigene Kleinfabrik produktionsbereit.

Angesichts der Entwicklung halten es selbst eher konservative Marktbeobachter wie von Gartner für möglich, dass 3D-Drucker für den Schreibtisch in fünf Jahren soweit sind, Produkte herzustellen, die denen aus der Industrie nicht nachstehen. Die Analysten des Thinktanks Atlantic Council prognostizieren gar, dass 3D-Druck die Arbeitsteilung der globalisierten Wirtschaft fundamental verändern und das heutige Transportwesen auf den Kopf stellen wird, denn künftig können Produkte direkt vom Endverbraucher gedruckt werden. Billiglohnländer in Fernost hätten das Nachsehen, aber auch exportorientierte Nationen wie Japan oder Deutschland. Die größten Treiber der Entwicklung kommen aus den USA. Doch auch in Deutschland hat sich längst eine weit ausdifferenzierte Branche entwickelt. Eine im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums erstellte Untersuchung verweist auf rund 1.000 Unternehmen in Deutschland, die sich im weitesten Sinn mit 3D-Fertigungsverfahren befassen. Mit Scan- und Mess-Techniken, 3D-Design, Software, Datenbearbeitung, dem Bau von Fertigungsmaschinen oder Komplett-Dienstleistungen setzen die Firmen jährlich insgesamt knapp neun Milliarden Euro um. Eine davon ist die Pforzheimer MPS Rapid Prototyping GmbH, die für Schmuckhersteller Modelle und kleine Serien von Accessoires fertigt. Dass absehbar jedermann mit einem 3D-Drucker seinen eigenen Schmuck herstellt, glaubt Geschäftsführer Michael Schäfer nicht. „Das, was Cosumer-3D-Drucker ermöglichen, hat mit dem, was industrielle Verfahren hergeben, nur bedingt etwas zu tun.“ Zwar seien die Datenformate im Grunde die gleichen – „das war es aber auch schon“. Während 3D-Drucker für den Schreibtisch lediglich einfache Produkte fast ausschließlich aus Kunststoffen ausspucken, entstehen mit professionellen Gerätschaften Objekte aus unterschiedlichen Materialien wie Keramik, Glas oder Metallen. Zudem erlauben die industriellen Verfahren sehr viel präzisere Ergebnisse als die Schreibtischfabriken. Bis zu 0,001 Millimeter dünne Schichten sind möglich.

Schicht um Schicht

Additive Fertigung nennen Experten es auch, wenn Objekte Schicht um Schicht entstehen (siehe Kasten). „Additive Fertigungstechniken werden im Wettbewerb immer wichtiger“, sagt Claudia Jordan von EOS GmbH. Rund 1.100 Fertigungssysteme hat EOS seit der Gründung im Jahr 1989 bei Kunden installiert – Tendenz steigend. Die Käufer kommen etwa aus der Automobilbranche, aus der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik. Aktuell zeigen verwendete Materialien oder die erreichbaren Größen der Werkstücke den additiven Verfahren noch Grenzen auf. Daran, so Jordan, arbeite man bereits. Eine Revolution erwarte sie zwar nicht, doch läute die Technologie einen Paradigmenwechsel in Konstruktion und Fertigung ein. Je nach Bauteil und Anzahl kann die additive Fertigung heute schon schneller und günstiger sein als konventionelle Techniken wie das Gießen, das Stanzen oder das Fräsen. „Der größte Vorteil sind die Designfreiheiten, die man mit dieser Fertigungstechnologie hat. Sie ermöglicht unter anderem sehr komplexe Bauteile, bei denen konventionelle Fertigungsverfahren nicht selten an ihre Grenzen stoßen“, so J ordan. Es brauche allerdings einiges an Know-how, um die komplexen Verfahren zu beherrschen. Hinzu komme, dass etwa in der Luftfahrt enorm hohe Ansprüche an die Endprodukte gestellt würden. „Je nach Branche ist das Adaptionstempo daher sehr unterschiedlich“, so Jordan.

MPS-Chef Michael Schäfer stößt ins gleiche Horn. „Die Technik wird immer günstiger, und in einigen Branchen, etwa der Automobilindustrie, wird es in den kommenden Jahren sicher Umbrüche geben.“ Dass aber jede produzierende Firma bald eigene Maschinen für die additive Fertigung besitzt, glaubt er nicht. Zum einen, weil das nötige Know-how äußerst umfangreich sei. Zum anderen, weil sich die additiven Verfahren besonders für Prototypen oder das sogenannte Mass Customisation, sprich das Produzieren individueller Produkte in kleinen Serien eigneten. „Nicht immer wird das eine Investition in eigene Maschinen rechtfertigen“, so Schäfer. Branchen-Dienstleister hätten hier gute Chancen. Derweil ist ein nächster Schritt, der das Verbreiten der additiven Fertigung weiter vorantreiben dürfte, bereits in Sicht. Im kommenden Jahr laufen Patente im Bereich des Laser-Sinterns aus. „Einige Tüftler haben schon ein entsprechendes Gerät zum Selberbauen ersonnen“, sagt der Oldenburger 3D-Druck-Experte Michael Sorkin. Günstige Komplett-Maschinen seien nur eine Frage der Zeit.Dirk Schäfer

Statt Material zu fräsen, zu gießen oder zu stanzen, entstehen Objekte bei der 3D-Fertigung Schicht um Schicht:

– Fused Deposition Modeling (FDM): Ein durch Hitze verflüssigtes Material, etwa Kunststoff, wird in Schichten bis zu 0,02 Millimetern aufgetragen. Die meisten 3D-Einstiegsdrucker verwenden diese Technik.

– Selektives Laser-Sintern (SLS): Ein Laser verschmilzt gezielt schichtweise einzelne Punkte in einem pulverförmigen Material, etwa Kunststoff, Metall oder Keramik. SLS ermöglicht sehr feine Schichten und kommt für Werkstücke zum Einsatz, die hohe Präzision verlangen.

– Digital Light Processing (DLP) bzw. Stereolithografie (SL): Ein lichtempfindliches (photoaktives) Material, oft ein flüssiges Harz, wird in ganzen Schichten etwa mit einem Laser beleuchtet und auf diese Weise verfestigt. Mit DLP sind auch große Objekte realisierbar, die Materialien sind allerdings begrenzt.

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