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  • 12.08.2020, 16:18 Uhr
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3D Druck

Warum 3D Druck gerade einen derartigen Höhenflug erlebt

Egal ob Industrieingenieur, Produktdesigner oder Heimwerker: Wenn es um irgendein Segment geht, bei dem etwas angefertigt wird, ist es mittlerweile schwer, nicht auf 3D Druck zu treffen. Doch warum ist das so?

Es gibt Techniken, die praktisch aus dem Nichts auftauchen und es binnen kürzester Zeit schaffen, in aller Munde und unverzichtbar zu sein. Das Smartphone ist ein schönes Beispiel dafür. 2007 lancierte Apple sein erstes iPhone und plötzlich schien es, dass ein Leben ohne die multifunktionalen Fähigkeiten eines Smartphones kaum noch vorstellbar wäre.

Einen ähnlichen Eindruck erweckt 3D Druck. Auch er hat beste Anlagen, ein Alleskönner zu sein und zig Probleme gleichzeitig zu beheben. Im Einzelnen gibt es jedoch fünf Hauptgründe, warum sich dreidimensionales Drucken seit wenigen Jahren vom Konsumentenbereich bis zu größten Industriefirmen mit derartigem Tempo durchsetzen konnte.

1. Die Technik entwickelt sich rasend schnell

Der erste funktionale 3D Drucker wurde 1988 auf den Markt gebracht, der SLA-1, ersonnen und konstruiert vom „Steve Jobs der 3D-Szene“, Chuck Hull. Bis 3D Druck jedoch aus den Startlöchern seiner engen Nischenanwendungen kam, vergingen gut 20 Jahre.

Der Grund dafür: Alle Techniken, die den Druck zu einer Alternative gegenüber herkömmlichen Verfahren machten, befanden sich noch in den Kinderschuhen. Zudem mussten sich die Prinzipien, dass Digitaltechnik einen derartig großen Anteil an Erschaffungsprozessen hat, auch erst durchsetzen – das eng verwandte CNC Fräsen oder -Schweißen beispielsweise benötigte die gesamten 1990er dafür. Beim 3D Druck kam zudem hinzu, dass hier sehr präzise Wärmeeinwirkung nötig war und ist, ebenfalls technisch schwierig.

Über lange Zeit waren 3D Drucker deshalb teuer und dennoch nur geeignet, simple Formen herzustellen – ihre Geschäftsnischen waren entsprechend klein. Das änderte sich erst, als die Techniken ausreiften, sowohl was ihre Funktionalität anbelangt wie ihre Akzeptanz in breiteren Schichten.

Dadurch sanken die Preise, die Leistungsfähigkeit wurde größer und die mögliche Anwendungsbandbreite stieg.

2. Es ist alles breit verfügbar

Selbst wer vor 20, 25 Jahren das Geld gehabt hätte, um sich einen 3D Drucker anzuschaffen, hätte für das Gerät sowie die nötigen Werkstoffe lange suchen müssen und hätte trotzdem nur eine geringe Auswahl gehabt.

Heute ist das vollkommen anders. 3D Drucker werden von zahllosen Herstellern in unterschiedlichsten Niveaus vom kleinen Consumer-Gerät bis zum Hightech-Werkzeug für die Industrie hergestellt. Auch was die 3D Drucker Filamente anbelangt, also jene Kunststoff-Fasern, die als Verbrauchsmaterial zum Aufschmelzen zwingend notwendig sind, finden Kunden alle gängigen Materialien und Farben beim spezialisierten Händler und somit nicht weniger breit verfügbar als beispielsweise reguläre Druckerpatronen.

Das heißt, die „ease of use“ ist mittlerweile auf einem sehr niedrigen Level angekommen. Das gilt auch für das Beherrschen der Technik:

3. Die notwendigen Druckdaten sind leicht zu erstellen und zu bekommen

Hätte sich die elektronische Steuererklärung so breit durchsetzen können, wenn es nicht zahllose, auch für Laien verfügbare Programme zum simplen Ausfüllen gäbe? Wohl kaum. Ähnlich verhält es sich beim 3D Druck. Denn ein weiterer wichtiger Grund dafür, warum er sich durchsetzen konnte, ist abermals die Software.

Für 3D Druck sind dreidimensionale Computermodelle notwendig – meist als STL bezeichnet, nach dem gleichnamigen Dateiformat, das dafür zum Quasi-Standard wurde. Diese Modelle werden mit CAD-Programmen erstellt. Noch um den Jahrtausendwechsel…

1. … waren CAD-Programme wenig verbreitet, zudem teuer und wenig anwenderfreundlich.
2. … gab es nur wenige Spezialisten, die damit umgehen konnten.

Anders formuliert, selbst wenn es schon früher günstige 3D Drucker und Filamente gegeben hätte, hätte es bei den nötigen Dateien einen untragbaren „Flaschenhals“ gegeben.

Mit der Zeit stieg jedoch nicht nur die Anzahl derer rapide an, die CAD-Daten erstellen konnten; auch die Programme selbst wurden immer vielfältiger, immer massenkompatibler. Mittlerweile gibt es sogar diverse quelloffene CAD-Softwares, die völlig kostenlos sind.
Rings um 3D Druck hat sich zudem eine lebendige, sich gegenseitig helfende Szene entwickelt, die erstellte Dateien auf entsprechenden Portalen zusammenträgt und sie dort zum ebenfalls kostenlosen Download anbietet. Heißt, 3D Drucken funktioniert mittlerweile auch ohne CAD-Fähigkeiten.

4. Qualität und Tempo stimmen jetzt gleichzeitig

Als die ersten Nadeldrucker herauskamen, konnten sie zwar viel schneller arbeiten als jede stifthaltende oder tippende Hand, aber ihre Qualität genügte nur für anspruchslose Schrift. Abermals hat 3D Druck eine ähnliche Geschichte vorzuweisen. Schnell war er schon immer, aber die Qualität war lange Zeit, auch bei industriellen Geräten, noch zu gering. Das ermöglichte es bestenfalls, beim Prototyping als Entwicklungsstufe zu helfen. Als Unterstützung auf dem Weg zu einem fertigen Produkt oder Bauteil, das jedoch auf herkömmliche Weise angefertigt wurde – etwa durch das erwähnte CNC Fräsen.

Dann jedoch wurde 3D Druck immer leistungsfähiger. Die Geräte konnten nicht bloß Kunststoff, Metall oder auch Keramik verarbeiten; sie konnten es auch immer präziser und filigraner tun. Zuvor hatte dreidimensionaler Druck nur den Geschwindigkeitsvorteil. Vor einigen Jahren kam jedoch immer häufiger der Punkt, an der er mit der Qualität gleichzog.

Das ist vor allem für die fertigende Industrie das ausschlaggebende Kriterium: Ein gleichwertiges oder gar besseres Produkt in kürzerer Zeit und im Vergleich zu abtragenden Verfahren auch noch mit mehr Materialersparnis. Das führte dazu, dass sich die Technik in breiten geschäftlichen Anwendungsfeldern etablieren konnte – Flugzeughersteller Airbus beispielsweise fertigt bestimmte Kabinenteile nur noch per Drucker. Das hat auch noch eine weitere Auswirkung:

5. Kleinserien sind ungleich simpler möglich

Stellen wir uns kurz eine typische herkömmliche industrielle Fertigungsmethode vor, den Spritzguss von Kunststoff. Etwa, um die Einzelteile eines Modellautos anzufertigen, die dann später vom Modellbauer mithilfe von Kleber zu einem fertigen Modell werden.

Im klassischen Spritzguss wäre es dafür nötig, entsprechende Formen herzustellen. Diese bestehen aus Edelstahl, müssen natürlich für jedes Teil einzeln angefertigt werden. Das kostet nicht nur Zeit, sondern ist teuer. Dementsprechend müsste der Hersteller viele Automodelle verkaufen, um allein die Anfertigung der Formen wettzumachen.

Und wenn plötzlich statt einem Automodell das einer Eisenbahn oder eines Flugzeugs angefertigt werden muss, benötigt es auch eine gewisse Zeit, bis die Formen ausgetauscht wurden – es geht ja hier immerhin um eine industrielle Massenfertigung.

Was passiert beim 3D Drucker? Der Bediener füllt das in Farbe und Materialqualität passende Filament ein. Dann öffnet er eine Datei, wählt die Stückzahl aus und klickt auf „Drucken“ – stark vereinfacht dargestellt, aber prinzipiell richtig. Der Vorteil davon liegt auf der Hand: 3D Druck ermöglicht es, viel kleinere Serien zu vertretbaren Kosten herzustellen, da eine Maschine unzählige Teilevarianten anfertigen kann, ohne dass dazu Umrüstungsarbeiten nötig wären.

Auch dafür gibt es ein perfektes Beispiel: Oldtimerfans frohlocken derzeit. Denn dreidimensionaler (Metall-)Druck ermöglicht es, Ersatzteile für die automobilen Schätze anzufertigen, die schon seit Jahrzehnten nicht mehr gefertigt wurden. Zahlreiche Startups haben sich bereits diesem Thema angenommen und auch jenseits von Oldtimern könnte sich darin manche gute Geschäftsidee verbergen.

(Redaktion)


 


 

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