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Druck mal einer an

3D-DRUCK AUF DEM VORMARSCH – In den eigenen vier Wänden wird der 3D-Druck zum Treiber des Megatrends Individualisierung. Die Technologie erhöht die Autonomie des Einzelnen und eröffnet neue Marktzugänge.

Selbst ist der Kunde
DIY – drei Buchstaben, die für einen Trend stehen, der einen Paradigmenwechsel in der industriellen Fertigungswelt auslösen wird: „Do it yourself“. Hintergrund ist, dass der Trend zur Individualisierung auf ökonomischer Ebene mit einer zunehmenden Ausdifferenzierung der Märkte einhergeht. Am Ende steht das personalisierte Produkt für die Zielgruppengröße Eins. Die Voraussetzung dafür wäre eine individuelle Fertigung abseits der Fabrik – in Wohnzimmer oder Garage. Die durch 3D-Druck mögliche dezentrale Produktion lässt Züge eines gesellschaftlichen Paradigmenwechsels erkennen. Oder frei nach Karl Marx: Die Produktionsmittel gelangen aus den Händen von wenigen Produzenten zurück in den Besitz der Massen. Technologien wie der 3D-Druck inspirieren Vordenker individueller Massenproduktion wie Joseph Pine zu plastischen Aussagen: „Der Kunde kauft sich nicht mehr das Produkt, sondern den Herstellungsprozess.“

3D-Druck: Ein Begriff mit Unschärfen
Was steckt hinter der Wundertechnologie? 3D-Druck – auch additive Fertigung genannt – ist genau genommen ein Laserschweißprozess, bei dem Schichten aufeinander „auftragsgeschweißt“ werden. „Auftrag“ bedeutet in diesem Zusammenhang das präzise Auftragen je einer Schicht Metall auf die zuvor aufgetragene. Verarbeitet werden alle gängigen Metallverbindungen, die für hohe Fertigungsqualitäten benötigt werden: Titan- und Aluminiumlegierungen, Werkzeug- und Edelstähle, Chrom-Nickel-Stähle und Kobalt-Chrom-Legierungen sowie Polyamide. Ökologisch und wirtschaftlich fällt die Bilanz des 3D-Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen positiv aus: Die Material- und Energieverschwendung wird minimiert, weil zum Beispiel keine Späne mehr anfallen wie beim Bohren oder Fräsen. Auch Öl- und Kühlmittel-Emissionen fallen nicht mehr an. Selbst die Restwärme kann genutzt werden.

„Ersatzteile auf Abruf“ ist eines der großen Themen in diesem Zusammenhang und ein Modell zur Reduzierung von Lagerkosten und Lieferzeit. Diese Vision ist bereits auf Europas Schienennetz unterwegs. Ein Mantelhaken im ICE oder ein Klemmenkasten unter dem Motorblock einer Lokomotive: Stück für Stück fahren in den Zügen der Deutschen Bahn Teile mit, die als Individualanfertigung per 3D-Druck entstanden. Insgesamt sind derzeit rund 200 verschiedene Werkstücke in ICE-Zügen selbst gemacht. Der 3D-Druck betrifft vor allem Ersatzteile, die lange Lieferzeiten erfordern. Lange Zeit wurden diese Methoden überwiegend für detailgetreue Prototypen in der Designentwicklung und in Entwicklungsabteilungen eingesetzt. Jetzt bewährt sich der 3D-Druck auch im Rapid Manufacturing, also der schnellen Produktion von Teilen, die jetzt und sofort benötigt werden. Die Folgen für die klassische Fertigungsindustrie liegen auf der Hand: Mittelfristig könnten sich durch additive Herstellungsverfahren ganze Wertschöpfungsketten verändern. Vor diesem Hintergrund steigt gerade bei Zulieferern der Druck. Denn nur wer statt Ersatzteilen die Programme und Daten verkauft, mittels derer sich die Ersatzteile direkt beim Kunden herstellen lassen, kann seine bisherigen Kunden auch als 3D-Drucker bei der Stange halten.

Das Prinzip der additiven Fertigung: Beim 3D-Druck werden metallische Legierungen
Das Prinzip der additiven Fertigung: Beim 3D-Druck werden metallische Legierungen in Pulverform unter dem Laser geschmolzen und mit der Genauigkeit von Mikrometern aufgetragen.

Vielschichtige Kosten-Nutzen-Bilanz in 3D
Noch ist die additive Fertigung mit Laserdruckern teuer. Je nach Verwendungszweck sind manchmal unterschiedliche Drucker notwendig und der Anschaffungspreis für die Geräte im industriellen Einsatz erreicht schnell fünf- oder sechsstellige Summen. Experten prognostizieren aber, dass die direkten Kosten für den Druck in den kommenden Jahren etwa um ein Drittel sinken könnten. Das würde heißen, dass der 3D-Drucker dann zum Standard in der industriellen Fertigung gehört. Bisher werden solche Druckaufträge noch an externe Spezialisten vergeben – auch von der Deutschen Bahn. Besonders spannend sind individuelle Ersatzteile, die mit klassischen Fertigungsprozessen nicht realisierbar sind. Zum Beispiel menschliche „Ersatzteile“ aus dem 3D-Drucker. Das Anfang 2014 gegründete Unternehmen EIT mit Sitz im baden-württembergischen Wurmlingen stellt im additiven Verfahren individuelle Implantate für die menschliche Wirbelsäule her. Der Vorteil: Im Vergleich zur klassischen Herstellung per CNC-Maschine können zelluläre Strukturen aus biokompatiblem Titan produziert werden, die anatomisch perfekt angepasst sind. Das gedruckte Gerüst ist extrem stabil und menschliche Zellen können hineinwachsen – ohne Abstoßungsreaktionen. Der 3D-Druck eines Wirbels dauert einen Tag.

Rückkehr der Produktionsprozesse aus Billiglohnländern

Durch den 3D-Druck wird der Entwicklungsprozess mechanischer Bauteile dem von Software immer ähnlicher. Im Zeichen von Industrie 4.0 und der engen Verzahnung von Informationstechnologien läuten additive Verfahren das Ende klassischer Fertigungs- und Logistikketten ein. Mehr noch: Für die Industriestaaten bietet der 3D-Druck beste Chancen, viele Produktionsprozesse, die in Billiglohnländer verlagert wurden, wieder zurück nach Europa oder in die USA zu holen. Aus der „Werkbank der Welt“, wie China wegen seiner Massenproduktion für viele Auslandsmärkte genannt wird, würde dann wieder die 3D-Werkbank zu Hause. Oder anders: Demand und Supply rücken noch enger zusammen, zeitlich wie räumlich – nämlich in die eigenen vier Wände und damit in die Hände des Individuums.