3D-Druck revolutioniert die Produktion

Der 3D-Druck, für die schnelle und kostengünstige Fertigung von Prototypen bekannt, steht vor dem Durchbruch in die Massenproduktion. Die Kosten sinken rasant und neue Geschäftsmodelle entstehen.

Bild 3D-Druck ist additive Fertigung. Bei diesem Prozess wird auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut. Anstatt zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block herauszufräsen, baut die additive Fertigung Bauteile Schicht für Schicht aus Werkstoffen auf, die als feines Pulver vorliegen. Als Materialien werden zum Beispiel Metalle, Keramik oder Kunststoffe verwendet.

Bisher liegt der Schwerpunkt des 3D-Drucks beim Bau von Anschauungs- und Funktionsprototypen. Produktentwicklung und Markteinführung lassen sich dadurch entscheidend verkürzen. Mittlerweile hält der 3D-Druck jedoch zunehmend Einzug in die Serienfertigung. Der 3D-Druck zeigt dort seine Stärken, wo die konventionelle Fertigung an ihre Grenzen stößt.

Die Technologie setzt insbesondere an den Stellen an, wo Konstruktion, Design und Fertigung neu durchdacht werden müssen, um Lösungen zu finden. Auch eröffnet der 3D-Druck die Möglichkeit für höchst komplexe Strukturen, die gleichzeitig extrem leicht und stabil sein können. 3D-Druck ermöglicht das Herstellen kleiner Losgrößen zu angemessenen Stückkosten und eine starke Individualisierung von Produkten sogar in der Serienfertigung.

Der rasante technologische Fortschritt auf dem Gebiet des 3D-Drucks macht die verschiedenen Technologien auf diesem Feld immer interessanter für äußerst komplexe Anwendungen. Ein Punkt ist, dass sowohl die Drucker deutlich kostengünstiger hergestellt werden können, als auch die Produkte selbst. Der andere Punkt ist, dass kaum mehr Grenzen bezüglich der Größe des Produkts als auch der Zusammensetzung des Produkts bestehen. In China sind bereits viele Häuser aus dem 3D-Drucker entstanden, allerdings nach Bauvorschriften, die in Europa nicht ausreichen. In Kopenhagen entsteht jedoch jetzt das erste Haus aus dem 3D-Drucker strikt nach EU-Norm, was sicherlich ein Durchbruch im Bauwesen ist.

Der 3D-Druck hat eine längere Geschichte. Seit den 1980er-Jahren nutzte die Industrie dieses Verfahren für Prototypen. Mit dem 3D-Druck konnten Ideen einfacher, schneller und billiger visualisiert werden als mit Styropor-, Sperrholz- oder Gussmodellen. Heute ist 3D-Druck das Versprechen, die konventionelle Produktionstechnologie – Gießen, Fräsen, Schleifen, Drehen oder Bohren – zu ersetzen.

In einzelnen Branchen gelingt der Einstieg in die Massenproduktion von Einzelteilen bereits, zum Beispiel bei der additiven Fertigung von Zahnkronen. Pro Tag können 150 passgenaue Einzelstücke additiv gefertigt werden. 3D-Druck setzt sich immer stärker dort durch, wo komplex geformte Teile schnell, flexibel und in kleinen Stückzahlen auf den Markt kommen müssen: in der Autoindustrie, in der Luft- und Raumfahrt oder in der Medizintechnik.

Der 3D-Druck eröffnet auch in der Logistik neue Möglichkeiten. In Zukunft können Produkte erst in letzter Minute im Transporter vor der Haustür des Kunden fertiggestellt werden. Das hat den Vorteil, dass der Kunde einfacher und schneller seine Produkte bekommt. Aber auch die Lagerhaltung und der Transport sind deutlich kostengünstiger, da sich die Rohmaterialien einfacher lagern und transportieren lassen. Das Modell der Herstellung vor Ort des Verbrauchs kann sogar die internationale Arbeitsteilung grundlegend verändern, da nur noch die digitalen Konstruktionspläne transportiert werden und nicht mehr das komplette Gut.

Logistiker müssen dann komplett umdenken. Logistik-Unternehmen wie UPS bauen daher schon „3D On-Demand-Center“ auf, um für diesen Wandel gerüstet zu sein. Das Ergebnis ist eine Re-Regionalisierung der Produktion an den Ort des Verbrauchs. Neben den Robotern ist der 3D-Druck also künftig eine weitere große technologische Herausforderung für die bisherigen Wettbewerbsvorteile der Billiglohnländer.

Auch im privaten Bereich kann der 3D-Druck eine Revolution auslösen, wenn preisgünstige 3D-Drucker in den Haushalten Schritt für Schritt Einzug halten. Man bestellt sich bei Amazon oder bei anderen Händlern nur noch den digitalen Bauplan und druckt das Produkt – ein neues Spielzeug oder eine Pfanne – direkt in der Wohnung aus.

Der Schwerpunkt liegt allerdings eindeutig beim industriellen 3D-Druck. Auf diesem Gebiet ist Deutschland weltweit Vorreiter. Große Konzerne wie Siemens oder General Electrics haben hier ihre Entwicklungszentren für diese Technologien. Aber auch erfolgreiche mittelständische Unternehmen mischen kräftig mit. Ein Beispiel: EOS aus Krailling bei München ist ein weltweit führender Technologieanbieter für den industriellen 3D-Druck von Metallen und Polymeren.

EOS hat die Mikro Laser-Sintern (MLS) Technologie entwickelt. Mikro Laser-Sintern kann die Lösung sein, wenn die benötigten Teile klein, komplex oder individualisiert sind, wenn eine große Oberfläche innerhalb eines kleinen Volumens benötigt wird, wenn kleine metallische Teile in Leichtbauweise das Ziel sind oder wenn ein hoch schmelzender Werkstoff benötigt wird. Einsatzgebiete für die Mikrotechnologie gibt es schon heute viele und sie wachsen stetig. Speziell in der Medizintechnik, der Elektro- und Elektronikindustrie sowie der Automobilindustrie ist von einem steigenden Bedarf auszugehen.

Der industrielle 3D-Druck hat das Potenzial, die Produktionswirtschaft weltweit zu revolutionieren. In Kombination mit der Industrie 4.0, der rasanten Entwicklung der Künstlichen Intelligenz, der Sensorik und der Robotik wird der 3D-Druck wesentlich zu einem Umdenken in der Produktentwicklung und der Fertigung beitragen: weg von werkzeuggebundenen, starren Verfahren hin zu individualisierten, flexiblen Methoden.
Eine stille Revolution steht vor der Tür!