3D-Druck bietet grenzenlose Möglichkeiten

Zahnersatz, Turbinendüsen oder Autoersatzteile kommen immer öfter aus dem Drucker. Die neue Technik revolutioniert nicht nur die Industrie, sie schafft auch neue Geschäftsmodelle. Bald wollen Forscher sogar Häuser und Organe drucken.

Der 3D-Drucker läutet ein neues Produktionszeitalter ein. So rasch sich die Technik auch verbreitet, zeichnet sich erst langsam ab, wie tief greifend der Wandel sein wird. „Die 3D-Druck-Technik wird nicht nur die Machtverhältnisse in der industriellen Fertigung neu definieren, sondern die Wirtschaftswelt als Ganzes erschüttern“, prognostizierte Prof. Neil Gershenfeld, der als Direktor das Center for Bits and Atoms am Massachusetts Institute of Technology (MIT) leitet. Gershenfeld war einer der ersten Wissenschaftler, der das Potenzial der Technologie erkannte und in Büchern beschrieb. Etwa die neuen Möglichkeiten des Handels: Interessiert sich ein Europäer für die Lampe eines australischen Designers, muss er sie im Zeitalter von 3D-Druck nicht mehr um die halbe Welt transportieren lassen. Der Designer schickt nur noch die Konstruktionsdaten per E-Mail, mit denen der Kunde die Lampe selbst drucken kann. Für Gershenfeld ist klar: „3D-Druck wird Industrie und Handel komplett umkrempeln“.

Mit atemberaubender Geschwindigkeit erobert die Technik quer durch die Industrie immer weitere Einsatzfelder: Lampenschalter, Hüftimplantate, Fahrräder, Musikinstrumente, Autokarosserien oder Flugzeugbauteile kommen aus dem Drucker, neuerdings sogar künstlich erzeugte Blutgefässe.

Es ist ein gewaltiger Wandel, denn die Technik beendet ein jahrhundertealtes Prinzip. Ob Steinzeitjäger, mittelalterlicher Bildhauer oder Konzern-Designer: Stets haben sie Werkstück-Rohlinge zurechtgeschliffen, geschnitten oder gestanzt. So blieb am Ende – neben einem Haufen Verschnitt – das gewünschte Produkt übrig. Subtraktive Fertigung heisst dieser höchst ineffiziente Prozess.

Beim 3D-Druck, der additiven Fertigung, geschieht das Gegenteil: Kunststoffe, Glas, Keramik, Stahl oder Edelmetalle werden zu einem Werkstück zusammengeklebt, geschmolzen oder gebacken. Die Drucker setzen dabei nur so viel Material ein, wie für das Produkt tatsächlich benötigt wird. Abfall entsteht praktisch nicht mehr. Diese Technik macht bisher Unmögliches möglich: Mithilfe des 3D-Drucks sind Designer und Ingenieure plötzlich in der Lage, Teile herzustellen, die sie bislang nie hätten produzieren können.

Die Verfahren, mit denen Autoersatzteile, Zahnprothesen, Kniegelenke, Stents für Luftröhren oder Schädelplatten aus dem 3D-Drucker hergestellt werden, unterscheiden sich technisch voneinander, das Prinzip dahinter ist aber stets dasselbe: Am Computer wird ein dreidimensionales Modell in dünne Schichten zerlegt und anschliessend in speziellen Anlagen wieder Schicht für Schicht ausgedruckt, bis aus dem virtuellen 3D-Modell am Bildschirm ein reales Objekt entstanden ist.

3d

Vom Auto bis hin zum Gebäude

Mehr und nachhaltiger produzieren mit weniger Materialeinsatz – dieses Ziel treibt die gesamte Industrie: Ob im Automobil- oder Maschinenbau, bei architektonischen Stahlkonstruktionen oder der Entwicklung ebenso leichter wie stabiler Prothesen – überall setzen Controller und Designer gleichermassen auf den 3D-Druck. „Die Technik verspricht immense Kosten- und Effizienzvorteile“, sagt Claudio Dalle Donne, Chef des Forschungsbereichs Metallische Technologien und Oberflächentechnik bei Airbus Group. Schliess-lich bleibe bei so manchem Bauteil in der traditionellen Fertigung nach dem Bearbeiten nur noch zehn Prozent des Rohlings übrig. Der Rest ist Verschnitt – mitunter sogar extrem teurer Verschnitt.

Denn manche Werkstücke lassen sich in traditioneller Fertigung nur mit extremem Kostenaufwand bearbeiten. Einzelne Turbinenteile beispielsweise. Sie bestehen aus hoch widerstandsfähigen Legierungen, weil sie mehr als 2’000 Grad Hitze ausgesetzt sind. Diese Bauteile herzustellen geht gleich doppelt ins Geld. Schon die Rohlinge sind extrem teuer, und der Verschnitt schmerzt somit erst recht. Und dann benötigen die Konstrukteure auch noch teure Spezialmaschinen, um die Metalle überhaupt in Form bringen zu können.

Beim Bau von Leichtbaustreben haben die Airbus-Experten den menschlichen Körper kopiert: So wie in stark belasteten Knochen oft nur ein Netz aus Streben für Stabilität sorgt, haben die Forscher auch bei den Flugzeugbauteilen überall dort auf Metall verzichtet, wo es keine tragende Funktion hat. Abgesehen von einem stabilisierenden, schwammartigen Geflecht aus Metall, sind die Streben innen hohl. „Mit traditionellen Verfahren wäre so etwas undenkbar“, sagt der Airbus-Ingenieur.

In Zukunft soll additive Fertigung von technischen Bauteilen bei Airbus zum Standard werden: In der Produktion von Stützen, Streben oder Montagewinkeln – für Hubschrauber, Satelliten oder Flugzeuge. Die Kunden können das kaum erwarten. Denn sind die Bauteile ihrer Maschinen leichter, können die Airlines ihre Kosten senken. Pro eingespartem Kilo fallen im Jahr rund 3’000 Dollar Treibstoffkosten weniger an. Zugleich sinkt der CO2-Ausstoss.

Verdoppelung der weltweiten Umsätze mit 3D-Druck bis 2020

Den Prognosen der Marktforschungsfirma IDC zufolge werden die weltweiten Ausgaben zum 3D-Druck bis 2020 auf 35,4 Milliarden US-Dollar steigen. Der weltweite Umsatz mit 3D-Druckern und 3D-Druck-Dienstleistungen würde sich damit in den kommenden 4 Jahren verdoppeln.
3d-index
3d Endbenutzer
Der vermeintliche Hauptgrund für den Absturz vieler Aktien im Bereich 3D-Druck waren die sehr hohen Bewertungen, welche viele Vorschusslorbeeren beinhalteten. In einer noch in Kinderschuhen steckenden Branche wird oft nur mit Prototypen oder mit der Produktion von Kleinserien gearbeitet. Grossserien in Sachen Geschwindigkeit und Qualität können zu diesem Zeitpunkt kaum mit traditionellen Methoden mithalten. Auch wandelt sich in diesem Stadium die Technologie rasant. Innert kürzester Zeit kann eine vielversprechende Technologie von einem neuen Start-up abgelöst werden und sein eigenes Geschäftsmodel ins Wanken bringen. Auch besteht ständig die Gefahr, dass eine grosse Unternehmung wie HP in den Markt eintritt und sich mit viel Muskelkraft breitmacht.

Viele 3D-Druck Aktien scheinen nun aber einen Boden gefunden zu haben. Das Thema birgt für Anleger gewaltige Chancen. Anlagen in einzelne Unternehmungen halten wir aber für extrem riskant.

Autor:
Frank Auderset, Partner bei Prosperis Sustainable Wealth Management AG.