Vor (ur) teil: 3D-Druck? Das ist doch nur für Spielzeug

Wenn man im Internet nach dem Begriff „3D-Druck“ sucht, bekommt man ziemlich schnell den folgende Eindruck: 3D-Drucker eignen sich hauptsächlich dafür, individuelle Produkte zuhause zu drucken, in den meisten Fällen Spielsachen und Fanartikel.

Ist das so? Sind 3D-Drucker nur Spielzeug für den Hausgebrauch? Oder ist die Technik, die hinter dem 3D-Druck steckt, auch für industrielle Anwendungen interessant?

Woher kommt der 3D-Druck eigentlich?

Anfang der 1980-er Jahre wurde das Verfahren der Stereolithografie erfunden, das kurz danach in die Praxis umgesetzt wurde. Dabei werden Modelle aus Material schichtweise aufgebaut. Mit dieser Entwicklung startete der 3D-Druck.

Später kamen Technologien wie das Lasersintern hinzu, bei dem das fertige Modell aus einem Pulver hergestellt wird, das mithilfe eines Lasers partiell ge- und verschmolzen wird. Auch das Fused Layer Modeling wurde bereits in den 1980-er Jahren entwickelt, bei dem ebenfalls Material geschmolzen wird, um schichtweise ein Modell zu erzeugen. Später kam noch das Multijet-Modeling dazu, bei dem mit Druckköpfen ein Material aufgebracht wird.

Mit den unterschiedlichen Technologien wurde die Verwendung unterschiedlicher Materialien ermöglicht, Details an den Modellen konnten immer genauer abgebildet werden und die Modelle selbst konnten wahlweise sehr groß oder aber sehr klein werden.

Die ursprünglichen 3D-Drucker waren nicht die Geräte, die man sich zu Hause auf den Tisch stellen kann, um Spielsachen zu drucken. Es waren große, teure Kästen, die mitten im Raum standen und hauptsächlich für industrielle, medizinische oder forschungsrelevante Aufgaben eingesetzt wurden. Erst mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden die Drucker kleiner und die Materialien günstiger, so dass der Einsatz außerhalb von Industrie und Forschung machbar wurde. Ursprünglich war der 3D-Druck eine Entwicklung für die Industrie.

Werden 3D-Drucker schon in der Industrie eingesetzt?

Der VDI hat bereits 2014 einen Statusreport zu den additiven Fertigungsverfahren veröffentlicht. Darin ist unter anderem folgendes zu lesen: „Hier in Deutschland haben Universitäten, Forschungseinrichtungen und junge Unternehmen das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren sehr früh erkannt und daraus marktfähige Anlagen entwickelt, die von ihren Anwendungen im Prototypenbau den Weg in die Fertigung von Endprodukten gefunden haben.“

Die Antwort auf die oben gestellte Frage ist also: Ja, 3D-Drucker, oder auch additive Fertigungsverfahren, werden bereits erfolgreich in der Industrie eingesetzt, von verschiedenen Unternehmen zu ganz unterschiedlichen Zwecken.

Die Vorteile dieser Technologie sind dabei die Geschwindigkeit, Flexibilität und Genauigkeit, mit der Bauteile gedruckt werden können. Durch die direkte Übergabe eines CAD-Modells müssen, im Gegensatz zu anderen Fertigungsmethoden, keine Zeichnungen oder Programmierungen erstellt werden. Fertigungsprobleme durch Hinterschnitte und aufwendige Geometrien stellen für 3D-Drucker keine Hindernisse dar. Je nach Druckverfahren können Modelle mit Stützgeometrie versehen werden, in manchen Fällen ist das nicht mal notwendig. Dabei ist die Oberflächenqualität mittlerweile sehr gut, so dass Teile in Sichtqualität erstellt werden, die ihren Einsatz unter anderem im Konsumgüterbereich oder Automobilbau finden. Damit hat der 3D-Druck den Prototypenbau verlassen und ist in der additiven (Serien-) Fertigung angekommen. Zusätzlich können die Teile jederzeit vor Ort hergestellt werden, was lange Lieferzeiten verhindert und Transportwege verringert. Wenn ein Teil gebraucht wird, kann es direkt gedruckt und eingesetzt werden. Durch die unterschiedlichen Materialien werden immer mehr Anwendungsfälle abgedeckt: Es gibt Drucker für Kunststoffe, Metalle, oder Lebensmittel und Beton. In die Bauteile können mit speziellen Verfahren Endlosfasern eingebracht werden, um die Stabilität zu erhöhen. Leichte, haltbare Teile, die schnell zur Verfügung stehen, sind das Ergebnis.

Kann das jede*r?

Kurze Antwort: Ja, in jeder Branche können additive Fertigungsverfahren eingesetzt werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: ob Prototypenbau, Serienfertigung, Herstellung von Ausstellungsmaterialien, Modelle zur Vertriebsunterstützung, Konsolidierung umfangreicher Bauteile, Herstellung individueller, kundenspezifischer Teile, etc…. Wenn man die eigenen, traditionellen Fertigungsverfahren und Vorgehensweisen hinterfragt, findet sich ein erstaunliches Potential für den Einsatz neuer Technologien.

Ein weiterer Vorteil von additiven Fertigungsverfahren ist die leichte Erlernbarkeit sowohl der Softwarelösungen, die zur Modellerstellung und -verarbeitung genutzt werden, als auch der Hardware. Die meisten Drucker sind sehr benutzerfreundlich, so dass neue Mitarbeiter*innen schnell in die Handhabung eingewiesen werden.

Wie finde ich einen 3D-Drucker, der zu meinen Anwendungen passt?

Es ist schwierig, unter allen Verfahren das passende für das eigene Unternehmen und die speziellen Anwendungsfälle zu finden. Und oft kann man das eigene Potential schlecht einschätzen. Ein erster Schritt ist immer: Hinterfragen. Sind die traditionellen Fertigungsmethoden noch ausreichend? Das sind sie fast immer. Aber: in einem umkämpften Markt, der von Preisen und Verfügbarkeiten für Produkte und Rohstoffe stark beeinflusst wird, kann der Einsatz additiver Fertigungstechnologien für den entscheidenden Vorteil sorgen.