Drucken ist das Produzieren von morgen

 

Der Spielwarenhersteller Lego wurde gehackt. So lautete eine Nachricht Anfang letzten Jahres. Nach einer umfangreichen Untersuchung stand im März dann fest, dass Baupläne von bislang unveröffentlichten Lego-Produkten entwendet worden waren. Konkret handelte es sich um Bauteile zu Star-Wars-Modellen, die erst zum Weihnachtsgeschäft 2013 in die Läden kommen sollten. Mitte Juni wurde die Affäre schliesslich aufgeklärt: Betreibern eines FabLabs in Kopenhagen fiel ein neunjähriger Junge auf, der mit 3D-Druckern regelmässig spezielle Lego-Steine herstellte.

 

Ein FabLab ist eine offene Werkstatt, die Privatpersonen industrielle Produktionsverfahren zur Verfügung stellt – unter anderem 3D-Drucker, mit denen sich Kunststoffobjekte in allen möglichen Designs und Farben formen lassen. Einfache Geräte sind heute schon für unter 1000 Fr. zu haben. Das Baumaterial ist ein Kunststofffaden, der über eine beheizte Düse geschmolzen und aufgeschichtet wird. Die mitgelieferte Software zerlegt ein digitales Modell in dünne Schichten und steuert mit dieser Information den Druckkopf. So können beliebige Teile erzeugt werden; allerdings bleiben Festigkeit und Qualität der Oberfläche innerhalb enger Grenzen.

 

Bauteile aus dem Internet

Für mechanisch stark beanspruchte Bauteile eignet sich das Herstellverfahren kaum. Dennoch ist der direkte Weg vom virtuellen Modell zum Bauteil revolutionär. Wenn – wie einige es heute schon voraussehen – in Zukunft jeder sein eigenes Fertigungszentrum in Form eines 3D-Druckers zu Hause stehen hat, ist nicht mehr das Bauteil selbst das handelbare Gut, sondern das 3D-Modell. Diese Daten können bequem über das Internet transportiert, kopiert und nach Belieben ausgedruckt werden. Für Unternehmen bringt das ganz neue Möglichkeiten: Anstatt Ersatzteile um die Welt zu schicken, könnten sie die 3D-Daten per E-Mail senden und vor Ort ausdrucken lassen.

 

Das Internet spielt auch sonst eine zentrale Rolle dabei. Auf verschiedenen Plattformen werden Modelle gesammelt, die von den Nutzern selbst erstellt wurden. Jeder kann seine Konstruktion hochladen, mit anderen teilen und sich bei den Modellen anderer bedienen. Interessant an diesem Ansatz ist vor allem, dass die Modelle von der weltweiten Community ständig verbessert werden. Auch hier zeigt sich, dass 3D-Druck für industrielle Teile nur bedingt geeignet ist: Viele Entwürfe sind unter den Kategorien »Art« oder »Fashion« abgelegt. Es sind aber auch Erweiterungen für das iPhone, Ersatzteile für Staubsauger oder komplexe Bauteile für Quadcopter zu finden. Zweifelhaft sind Modelle für Schusswaffen wie die »Wiki Weapon«, die teilweise mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt wurde und 2012 weltweit Schlagzeilen machte.

 

In der Industrie eignet sich die Technologie für die Herstellung von Prototypen, wie Ralf Schindel, Leiter des St. Galler institute for rapid product development irpd, erklärt: „Mit seriennahem Rapid Prototyping kann man schnell abklären, ob ein Teil den Erwartungen entspricht und ob es überhaupt montiert werden kann.” Sofern man zur Umsetzung seiner Idee industrielle Laser- und Pulver-basierende 3D-Drucker einsetzt, kann zudem fast jede erdenkliche Geometrie seriell und in hoher Qualität produziert werden. Schindel: „Produktentwickler und Designer realisieren, dass beinahe grenzenlos konstruiert und produziert werden kann.”

 

Neue Geschäftsmodelle

Mit der neuen Technologie entstand eine Reihe neuer Dienstleister. Neben FabLabs, die einfach ihre Geräte zur Verfügung stellen, gibt es Anbieter wie 3D-Model.ch. Das Zürcher Unternehmen produziert Teile für Kunden, berät und unterstützt während dem Designprozess und führt Workshops durch. So kommt der Privatnutzer kostengünstig zur Nutzung von teuren Maschinen, die mit verschiedenen Verfahren Kunststoffteile aufbauen. „Angefangen haben wir als reiner Dienstleister. Später wurden wir auch zum Importeur von 3D-Druckern”, sagt Christiane Fimpel, Mitbegründerin von 3D-Model.ch. Im letzten Jahr konnte das Unternehmen beim Verkauf von solchen Geräten einen enormen Anstieg verzeichnen. Abnehmer sind neben industriellen Unternehmen vor allem Architekturbüros, Design-Agenturen oder Schulen, die schnell und einfach Modelle oder Prototypen herstellen wollen. „Wir verkaufen zunehmend aber auch an Privatpersonen. Dieser Trend wird vor allem mit den sinkenden Preisen der Hardware weiter zunehmen”, ist Fimpel überzeugt.

 

Ralf Schindel wurde schon oft gefragt, ob es sich um eine industrielle Revolution handelt, wenn jeder zu Hause Bauteile selbst ausdrucken kann. Die industrielle Produktion sieht er dadurch aber nicht bedroht. „Die Heimanwendung ist spannend. Ist aber Qualität und Produktivität gefragt, werden teurere 3D-Printing-Anlagen eingesetzt”, so Schindel. „Die Teilequalität bei industrieller Fertigung ist bereits hoch. Doch gibt es noch viel Entwicklungspotenzial seitens der Produktivität für die kommenden Jahre – vor allem beim Fertigen von Metallteilen.”

 

Essen aus dem Drucker

Eine ausgefallene Innovation auf diesem noch jungen Gebiet ist gedrucktes Essen. Die amerikanische Firma Modern Meadow will eine Technik entwickeln, mit der schon bald Fleisch und Leder in einem 3D-Drucker produziert werden könnten. Dabei soll eine biologische Tinte verwendet werden, die verschiedene Zelltypen enthält. Nach dem Druck muss das Fleisch noch in einem Bioreaktor reifen, bevor es genussfertig auf dem Teller landet – so die Idee. Der Prozess ähnelt der Herstellung von künstlichem Gewebe. Schon heute lassen sich Haut-, Knorpel- und Blutgefässgewebe aus Zellkulturen für medizinische Zwecke züchten.

 

Während Modern Meadow mit dem gedruckten Fleisch noch in der Forschungsphase steckt, bietet Google seinen Mitarbeitern bereits Essen aus dem Drucker an: Am Hauptsitz in Mountain View kreiert der Koch Bernard Faucher spezielle Pasta-Formen mit einem 3D-Drucker. Anders als beim Drucken von Fleisch werden seine Nudeln gleichmässig gepresst und nicht aus Zellen Schicht für Schicht aufgebaut. Mit dieser Art der Zubereitung verarbeitet Faucher neben Pastateig auch Schokolade und Zucker.

 

www.swissengineering-stz.ch

www.3d-model.ch

www.inspire.ethz.ch/irpd

 

Quelle: Thomas Meier, Redaktion Swiss Engineering

 

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