Für viele Menschen klingen 3D-Drucke nach unrentabler Zukunftsmusik, doch das Gegenteil ist der Fall: In vielen Industrien sind 3D-Drucker an der Produktion beteiligt und es ist absehbar, dass mit ihnen zahlreiche neue Potentiale verfügbar werden. Der 1983 von Chuck Hall erfundene 3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, bildet heute den Oberbegriff für verschiedene Verfahren, die das Prinzip des schichtweisen Aufbaus eines Gegenstands aus einem Werkstoff gemeinsam haben. Dieser Gegenstand wird zuvor digital entwickelt und dann in den Drucker eingespeist.
Für den 3D-Druck geeignete Materialien
In Abhängigkeit vom Werkstoff werden spezielle Verfahren zur additiven Herstellung genutzt, die sich mitunter darin unterscheiden, ob der Werkstoff in Pulverform oder als flüssige bzw. weiche Masse verarbeitet wird. Bislang eignen sich für den 3D-Druck Metalle, Polymere, Keramik, Kunststoffe und Kunstharze, aber auch Schokolade oder Marzipan werden in der Lebensmittelindustrie testweise eingesetzt. Wenngleich die Palette an verwendbaren Materialien vergleichsweise klein ausfällt, hat sich die Methode des 3D-Drucks den Weg in mehrere Branchen bahnen können.
Vorzüge gegenüber herkömmlichen, subtraktiven Herstellungsmethoden
Das weitreichende Interesse an der dreidimensionalen Drucktechnik basiert auf einschlägigen Vorteilen gegenüber bisherigen Produktionsweisen: Durch die schichtweise Herstellung eines Produkts werden nur so viele Rohstoffe verwendet, wie auch tatsächlich verarbeitet werden sollen. Folglich entfallen Abfälle, welche beim Herausschneiden eines Produkts aus einem Kunststoff- oder Metallklotz entstünden, was sowohl finanzielle Einsparungen als auch eine Entlastung der Umwelt bedeutet. Des Weiteren liebäugeln Unternehmen mit der Möglichkeit, komplexe geometrische Formen oder Teile mit Hohlräumen drucken zu können, woran bisher eingesetzte Maschinen scheitern. Indem 3D-Drucker einen Gegenstand mittels zahlreicher Querschnitte aufbauen, stellen kompliziertere Designs kein Hindernis mehr dar. Weitere Vorteile sind der Wegfall von Transportwegen und Lagerkosten, wenn 3D-Drucker eine zügige Produktion vor Ort ermöglichen, sodass Treibstoff, Ausgaben, Kohlenstoffdioxidemissionen und Lagerungsflächen reduziert werden können. Nicht zuletzt sind dreidimensional gedruckte Gegenstände infolge ihres oftmals geringeren Gewichts attraktiv, denn in der kleinschrittigen Herstellung können leichte Werkstoffe besser zum Einsatz kommen, als z.B. beim Herausfräsen aus einem Materialblock.
Stellenwert des 3D-Drucks in der Wirtschaft
Als Konsequenz dieser Vorzüge wird die Technik des 3D-Drucks bereits in einigen Industriezweigen genutzt, am meisten beim Flugzeugbau, weil mithilfe additiv gefertigter, leichterer Bauteile beim Flug weniger Kerosin verbraucht wird. Fachleute halten Gewichtsreduzierungen einzelner Flugzeugteile um bis zu 50% für möglich. Entsprechend sind in einigen Airbus-Flugzeugen dreidimensional gedruckte Luftdüsen, Kerosinrohre und Abdeckklappen eingebaut. Die Automobilindustrie profitiert ebenfalls von der neuartigen Herstellungsmethode. Bei BMW werden beispielsweise zur Entwicklung neuer Modelle Prototypen ausgedruckt, wodurch eine material- und zeitsparende Testung möglich ist. Andere Autohersteller arbeiten mit additiv produzierten Werkzeugen oder fertigen Ersatzteile für LKWs im 3D-Drucker an. Ansonsten ist das Verfahren an der Zahnkronen- und Hörgeräteherstellung beteiligt, sowie der Maschinen- und Modellbau und die Architektur Anwendungsgebiete sind. Zudem können Heimanwender oder Künstler digitale Eigenkreationen in 3D-Druckerläden ausdrucken oder sich mithilfe eines Uploads der Datei bei einem Online-Service das Produkt zusenden lassen. Im Jahr 2015 sind immerhin etwa 2,9 Milliarden US-Dollar Umsatz durch den 3D-Druck angefallen, für das Jahr 2050 gibt es Prognosen von bis zu 550 Milliarden US-Dollar.
Potentiale der additiven Drucktechnik und innovative Ideen
Viele Branchen versprechen sich von der dreidimensionalen Drucktechnik enorme Fortschritte. Die nennenswerten Einsparungen an Platz, Zeit, Kosten und Energie können, im Falle einer Weiterentwicklung und Effizienzsteigerung des 3D-Drucks, Produktionsprozesse nachhaltig verändern. Flugzeugbauer sehen die Chance, zunehmend leichtere und dadurch umweltfreundlichere Maschinen bauen zu können; desgleichen gilt für Automobile und andere Fahrzeuge. In diesen Domänen ist zudem ausschlaggebend, dass sich komplexe oder gewölbte Formen besser realisieren lassen, sodass Optimierungen z.B. in der Motorkühlung zu erwarten sind. Außerdem lässt sich die Produktion auf die gewünschte Stückzahl beschränken, weshalb Unternehmen und Händler keine überschüssige Ware zurückbehalten müssen. Zusätzlich kann sich die Produktion zu den Verbrauchern verschieben, sobald 3D-Drucker im Haushalt oder in entsprechenden Print- oder Onlineshops präsenter werden. Infolgedessen könnten online bestellte Produkte eigenhändig ausgedruckt werden. Generell zeigen sich also viele Chancen im Rahmen der Weiterentwicklung von 3D-Druckern und ihres Einsatzes in der Produktion. Sogar Lebensmittel und Organe werden als Druckobjekte getestet, eine Blase und Nieren sind bereits gedruckt worden. In der Luftfahrt-, Raumfahrt-, Automobil- und Spielzeugindustrie, in der Medizin und Lebensmittelproduktion sowie für Start-ups tun sich zahlreiche neue Wege auf. Diese zu nutzen wird sich auszahlen, da der Effekt der neuen Technik auf die Wirtschaft deutlich erkennbar ist.
