Lösen 3D-Drucker eine industrielle Revolution aus?

Was am Laptop programmiert wurde, baut der 3D-Drucker Schicht für Schicht auf. Für Techniker ist diese Produktionsmethode ein Schritt in die Zukunft, Unternehmen versprechen sich neue Marktchancen.
Was am Laptop programmiert wurde, baut der 3D-Drucker Schicht für Schicht auf. Für Techniker ist diese Produktionsmethode ein Schritt in die Zukunft, Unternehmen versprechen sich neue Marktchancen.
Foto: Marco Kneise
Implantate, Spielfiguren, Maschinenteile oder Pistolen lassen sich heute dreidimensional ausdrucken. Techniker sehen darin eine Tür in die Zukunft, Ökonomen glauben, die Drucker könnten die Wirtschaftswelt umkrempeln wie einst die Dampfmaschine oder das Internet. Wir erläutern die Chancen und Grenzen dieser neuen Technologie.

Essen. Die Geschichte verbreitete sich rasch im Netz: An einer Spülmaschine in Bochum ging ein kleines Rädchen zu Bruch, auf dem die Geschirrkörbe rollen. Statt das Plastikteil umständlich nachzukaufen, stellten es Mitglieder der Bochumer Hackergruppe „Labor“ einfach selbst her – mit einem 3D-Drucker. Mit einem ähnlichen Gerät stellte der texanische Student Cody Wilson eine funktionsfähige Pistole her – Chance und Risiken einer neuen Technologie.

Techniker sehen darin eine Tür in die Zukunft, Ökonomen glauben, die Drucker könnten die Wirtschaftswelt umkrempeln wie einst die Dampfmaschine oder das Internet.

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Einfache Modelle, wie sie jetzt schon für 1000 bis 2000 Euro zu haben sind, funktionieren wie eine vollautomatische Heißklebepistole. Kunststoff wird auf etwa 200 bis 250 Grad erwärmt, eine Düse fährt auf einem Schlitten hin und her und baut das Modell Schicht für Schicht auf. Die Daten dafür kommen aus dem PC, an dem das 3D-Modell vorher gebaut wurde.

Das gilt im Übrigen auch für das sogenannte Laser-Sinter-Verfahren. Dazu wird ein spezielles Pulver auf eine Platte aufgetragen und an bestimmten Stellen miteinander verschmolzen, danach folgt eine weitere Pulverschicht. So wächst nach und nach auch hier das 3D-Modell, bis am Ende des Prozesses das fertige Werkstück steht. Bei bestimmten 3D-Druckverfahren kann nicht nur Kunststoff, sondern auch Metallpulver verschmolzen werden. Solche Maschinen lohnen sich allerdings nur für Unternehmen. Sie kosten eine halbe Million Euro und mehr.

Was lässt sich damit herstellen?

Der Fantasie sind natürlich hier kaum Grenzen gesetzt. Die für Privatleute erschwinglichen Geräte haben allerdings eine sehr begrenzte Arbeitsfläche, das schränkt die Größe der herstellbaren Objekte ein. Mittlerweile gibt es im Internet zahlreiche Seiten, auf denen Privatleute die von ihnen am Computer erstellten 3D-Modelle anbieten oder tauschen. Meist reicht es, eine Datei herunterzuladen und den eigenen 3D-Drucker damit zu füttern. Die Herstellung dauert aber oft einige Stunden. Aktuelle 3D-Drucker, vor allem die für den Hausgebrauch, sind noch sehr langsam.

Wo wird er bereits eingesetzt?

3D-Druckverfahren wie das Lasersintern kommen bereits seit Jahren in der Automobilindustrie zum Einsatz. „Bei der Herstellung von Prototypen und Erstmustern ist das Verfahren nicht mehr wegzudenken“, sagt Michael Hümmeler von der Firma LMD aus Lennestadt. Das Unternehmen baut unter anderem spezielle Greifarme für die Lebensmittelindustrie. Die Produkte kommen direkt aus dem 3D-Drucker, werden anschließend noch nachbearbeitet, um die hohen Standards der Industrie zu erfüllen. Privatleute können sich aber auch an LMD wenden, um ihre 3D-Objekte „auszudrucken“. Und die Qualität sei deutlich höher als aus einem 3D-Drucker für Zuhause, sagt Geschäftsführer Hümmeler.

Welche Folgen hat der 3D-Druck für die industrielle Produktion?

Der Weg vom Entwurf am Computer bis zum fertigen Produkt wird deutlich kürzer. Hersteller brauchen ihre Daten nur noch an einen Service-Partner zu übermitteln, dieser stellt dann das gewünschte Produkt her, erklärt Friedrich Janzen, Professor am Institut für Fertigungstechnik und Qualitätsmanagement der Hochschule Bochum. Müssen bislang etwa für Zahnimplantate in einem tagelangen Arbeitsprozess zunächst Wachsmodelle hergestellt, mit flüssigem Metall ausgegossen und gefräst werden, macht dies ein 3D-Drucker in wenigen Stunden.

In der Wirtschaft wird das Verfahren seit Jahren für die Fertigung von Prototypen eingesetzt. „Bislang ist die Drucker-Technik allerdings für Serienfertigungen mit hohen Stückzahlen nicht schnell genug, auch sind die erzeugten Oberflächen zu rau für Präzisionsbauteile“, sagt Janzen. Das sei aber nur eine Frage der Zeit.

Legt die Globalisierung den Rückwärtsgang ein?

US-Ökonomen sprechen bereits von einer „dritten industriellen Revolution“. Das betrifft vor allem die Transportbranche. Wenn sich Firmen selbst eine große Druckmaschine in die Werkshalle stellen, benötigt man nicht mehr die Zulieferer, die die Bauteile gießen, bohren, polieren oder stanzen. Ein Teil der globalen Transporte würde zudem überflüssig, die Produktion wieder regionaler. „Die Warenströme werden sich verändern“, glaubt Janzen, „man kann die Produktion überall dort starten, wo die Teile benötigt werden.“

Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau ist da zurückhaltender. „3D-Drucker haben Potenzial, keine Frage“, sagt Rainer Gebhardt vom VDMA. Den klassischen Maschinenbau werde die Technik aber auch langfristig nicht ersetzen können. „Ein komplettes Hochleistungsgetriebe aus dem 3D-Drucker, das werden sie so auch in Zukunft nicht sehen. Teile dafür aber schon.“