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Unternehmen werden in Zukunft noch mehr Investitionsentscheidungen und ‐strategien im Bereich der Energieeffizienz treffen. Wie konnen Energieziele wie Energiepreisstabilitat, Energiepreissenkung und moglicherweise sogar Versorgungssicherheit durch die Technologie des 3D‐Drucks unterstutzt werden? Diese Fragen soll dieser Artikel beleuchten und dazu Perspektiven anhand einiger Beispiele aufzeigen.

Ob es sich bei der seit Ende der 1980er Jahre bekannten Technologie des schichtweisen Aufbaus von Bauteilen um 3D-Druck oder Rapid Prototyping handelt, wird immer wieder diskutiert. Gibt es einen Unterschied zwischen 3D-Druck und Rapid Prototyping?

Inzwischen wird im Zusammenhang mit 3D-Druck sogar schon von der Napsterisierung der klassischen Fertigung gesprochen – und diese befurchtet. Damit ist das unautorisierte Kopieren urheberrechtsgeschutzter Medieninhalte gemeint. Das Wort Napsterisierung findet seinen Ursprung in der Musiktauschborse Napster. Es wurde 2002 vom deutschen Informationswissenschaftler Rainer Kuhlen geschaffen. Stefan Krempl schreibt dazu: „Experten sehen mit 3D-Druckern und vergleichbaren Rapid-Fabrikationsgeraten seit Langerem die Verwandlung der materiellen Produktion in einen rechnergestutzten Informationsprozess ubergehen.“

Mit fruher nicht gegebenen Moglichkeiten ausgestattet, konnten Einzelpersonen mit guten Ideen in der Zukunft sogar grosen Unternehmen zur ernsthaften Konkurrenz werden. Jeder kann den Zeitpunkt, zu welchem er sein 3D-gedrucktes Produkt anbietet, die Qualitat sowie den Preis selbst bestimmen. Das wird durch die Vernetzung im Internet, Online-Plattformen und soziale Netzwerke immer einfacher. Open Source, Crowdsourcing, Crowdfunding – das heist alles, was zum Machen, Produzieren, Austauschen und Verkaufen nutzlich ist – tragen dazu bei, dass Individuen als Erfinder und zugleich Hersteller erfolgreich werden konnen.

Es gibt sehr viele verschiedene Verfahren, die alle unter 3D-Druck, oft auch unter Additive Manufacturing, generativer Fertigung oder Rapid Prototyping zusammengefasst werden. 3D-Druck scheint der Begriff zu sein, der sich in der Offentlichkeit mehr und mehr durchsetzt, obwohl er recht umgangssprachlich und nicht fur alle der schichtweise aufbauenden Verfahren ganz korrekt ist. Um nicht standig die Bezeichnung zu wechseln, bleibe ich hier jedoch bei dem Begriff 3D-Druck. Sie werden vielleicht uberrascht sein, wie viele unterschiedliche Verfahren es gibt, die gemeint sind, wenn von 3D-Druck die Rede ist. Letztlich arbeiten diese jedoch alle nach dem gleichen Grundprinzip: Ein Objekt wird Schicht fur Schicht aufgebaut. In diesem Kapitel stelle ich Ihnen eine Ubersicht der verschiedenen 3D-Druck-Technologien vor.

FabLabs sind Hightech-Werkstatten fur die Produktion, in welchen ein reger Austausch von Wissen und Know-how unter Kreativen, Bastlern sowie oft auch Ingenieuren oder Konstrukteuren stattfindet. Das Wort FabLab steht dabei als Abkurzung fur Fabrication Laboratory – auf Deutsch: Fabrikations- oder auch Fertigungslabor. Zutritt hat jeder, der mochte, aber Kreative und Bastler stellen in den Industrielandern sicherlich die groste Anzahl von Interessenten, die das Angebot von FabLabs in Anspruch nehmen. Das meiner Einschatzung nach wichtigste Ziel der FabLabs ist die Demokratisierung der Produktion. Das wird unter anderem dadurch erreicht, dass jeder, der etwas herstellen mochte, gegen einen kleinen Beitrag Mitglied werden kann. Denn die FabLabs sind zumeist als gemeinnutzige Vereine organisiert. So haben Privatpersonen Gelegenheit, in offenen Werkstatten industrielle Produktionsverfahren kennen zu lernen und – zunachst unter erlauternder Anleitung und im Anschluss daran selbststandig – zu nutzen. Zusatzlich finden in vielen FabLabs Workshops und Seminare statt. FabLabs sind damit Orte der Bildung und Wissensvermittlung. Neben 3D-Druckern stehen den Nutzern oft auch Scanner, Laser-Cutter oder CNC-Maschinen fur die digitale Fertigung zur Verfugung.

Bei der gegenwartigen grosen Aufmerksamkeit, die 3D-Druck geniest, denken einige von Ihnen vielleicht daruber nach, sich ihren eigenen 3D-Drucker fur zu Hause zu kaufen. Es liegt sicher fur manche im Rahmen des Vorstellbaren, 500 bis 2000 EUR zu investieren, um eine eigene kleine Maschine fur sich produzieren zu lassen. Oder ist es doch sinnvoller, auf einen 3D-Druck-Dienstleister zuruckzugreifen? In diesem Kapitel erortere ich dazu das Fur und Wider.

Wie wird die Zukunft des 3D-Drucks sein? Werden wir alle uns unsere Turnschuhe selbst drucken? Wird es jedem moglich sein, mit einem eigenen 3D-Drucker zu Hause funktionsfahige Waffen auszudrucken? Und wird damit 3D-Druck zu einer Gefahr statt einem Nutzen fur die Menschheit? Was werden die nachsten grosen Meilensteine in der 3D-Druck-Technologie sein? Mit dem Kenntnisstand von heute lassen sich nur Meinungen und Prognosen zu den Chancen und Risiken ausern. Dieses letzte Kapitel soll das tun – und auserdem einen Ausblick darauf geben, was in der Zukunft noch moglich werden wird.

Jeder kennt mittlerweile zweidimensionales Scannen. In vielen Privathaushalten steht ein Scanner auf dem Schreibtisch oder ist direkt schon in den Drucker integriert. Beim zweidimensionalen Scannen wird die Textur von Gegenstanden digital erfasst – jedoch nur auf einer Ebene. Die Helligkeit der Bildpunkte wird sowohl in einem horizontalen als auch in einem vertikalen Raster aufgenommen. Damit enthalt das fertige Bild Pixel ohne eine Tiefeninformation. Legte man ein dreidimensionales Teil auf einen 2D-Scanner, so wurden beim Einscannen die weiter entfernten Bereiche zumeist nur unscharf erfasst. Dieses Kapitel geht darauf ein, wie 3D-Scannen funktioniert. Auserdem wird an einigen Beispielen aus der Industrie und der Kultur aufgezeigt, dass die Technologie inzwischen unverzichtbar geworden ist. Besonders ausfuhrlich mochte ich jedoch darauf eingehen und erlautern, was Sie als Privatanwender jetzt schon mit 3D-Scannen anfangen konnen und wie es sich sehr schnell weiterentwickeln wird.

In vielen Bereichen ist 3D-Druck mittlerweile so selbstverstandlich, als habe es die Technologie schon immer gegeben. Allen voran in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik. In der Architektur und im Design ist 3D-Druck heute Standard. Neben Schmuck werden sogar schon hochwertige Uhrengehause gedruckt, zum Beispiel aus Titan. Um auf alle Bereiche, in denen 3D-Druck inzwischen verwendet wird, ausfuhrlich einzugehen, ware es notwendig, ein Buch zu schreiben, das sich ausschlieslich damit beschaftigt. Deshalb greife ich fur dieses Kapitel nur drei Bereiche heraus, die mir interessant erscheinen: die Mobel-Industrie, die Medizintechnik und den Bereich Lehre und Forschung.

Bei der extrem schnellen Entwicklung auf dem Markt ware es sehr voreilig, die eine oder andere 3D-Drucker-Marke zu empfehlen. Am wichtigsten ist es, dass Sie sich zuerst daruber im Klaren werden, wofur Sie den 3D-Drucker brauchen und welches Leistungsspektrum Sie sich wunschen. Soll es ein Open-Source-3D-Drucker im Rahmen von 500 bis maximal 5000 EUR sein? Oder doch vielleicht eine Profi-Anlage, die deutlich uber diesem Preis liegt? Burotaugliche Profi-Anlagen konnen Sie ab 10.000 EUR bekommen. Nach oben sind keine Grenzen gesetzt, aber es bleibt zu uberlegen, ob sich eine hohe Investition vom Kosten-Nutzen-Aufwand fur ein kleines oder mittleres Unternehmen lohnt. Mit einer „burotauglichen“ 3D-Druck-Anlage meine ich eine Maschine, die auf einem groseren Schreibtisch Platz finden kann und so produziert, dass keine aufwendigen Arbeitsschutzmasnahmen erforderlich werden. Ob Sie in dem Raum, in welchem der 3D-Drucker druckt, arbeiten konnen oder mochten, hangt von der jeweiligen Maschine ab. Die meisten Menschen arbeiten auch nicht gern in einem Raum, in welchem den ganzen Tag ein Fotokopierer lauft. Als „burotauglich“ bezeichne ich deshalb die 3D-Drucker, von denen keine grosere Gerausch- und Geruchsbelastigung ausgeht als von einem herkommlichen Fotokopierer.

Enthusiastisch wird 3D-Druck in den Medien als Teil einer neuen industriellen Revolution beschrieben. Gern wird diese Zukunftstechnologie mit der industriellen Revolution des ausgehenden 18. Jahrhunderts verglichen, bei welcher sich Wirtschaft und Gesellschaft durch die Moglichkeit der Massenproduktion von Produkten grundlegend veranderten. 3D-Druck konnte dazu beitragen, eine neue industrielle Revolution einzuleiten: Dadurch, dass die Massenproduktion individualisiert wird.

Beim 3D-Druck wird derzeit sehr haufig mit thermoplastischen Kunststoffen und kunststoffahnlichen Harzen gedruckt. Deshalb entstehen zuweilen starke Bedenken: Dass 3D-Druck eine umweltfeindliche Technologie sein konnte, deren Abfallprodukte unsere Umwelt noch auf unabsehbare Zeit belasten werden und praktisch nicht zu recyceln sind. Wenn es in Zukunft so ware, dass in groser Menge 3D-gedruckt und anschliesend die nicht mehr benotigten Objekte weggeworfen wurden, ware das tatsachlich ein Grund zur Sorge. In diesem Kapitel mochte ich anhand von einigen Beispielen belegen, dass 3D-Druck eine nachhaltige Technologie sein kann. Zum einen durch recycelbare und nachwachsende Werkstoffe, zum anderen als ein Gewicht, Ausschuss und Transportwege reduzierendes Herstellungsverfahren. Da der 3D-Drucker nur das fur das Objekt benotigte Material verarbeitet, gibt es beim Drucken nahezu keinen Abfall. Beim 3D-Druck-Verfahren wird kein hochwertiges Material zerspant und dadurch zu Produktionsabfall. Es sind keine Formen und fast keine Hilfsstoffe notwendig. So wird die Produktion von Bauteilen durch den geringeren Rohstoffverbrauch nicht nur okologischer, sondern auch preisgunstiger. Zum Abschluss des Kapitels prasentiere ich eine Zukunftsvision, an deren Umsetzung schon gearbeitet wird: Wenn 3D-gedrucktes Fleisch produziert wurde, konnte das in hohem Umfang Ressourcen schonen.

Eine wachsende Anzahl von Messen beschaftigt sich mit 3D-Druck. In diesem Kapitel beschreibe ich die beiden am ausfuhrlichsten, welche zum einen in Deutschland sind und zum anderen hier die langste Tradition haben: die EuroMold und die Rapid.Tech. Wenn Sie daruber nachdenken, sich einen eigenen 3D-Drucker zu kaufen oder die Maschinen in allen moglichen Grosen mit allen denkbaren 3D-Druck-Technologien einmal „live“ bei der Arbeit zu sehen, sollten Sie auf jeden Fall eine dieser beiden Messen besuchen. Ich mochte jedoch auch die jungen Veranstaltungen, deren Zielgruppen Privatanwender sind, nicht vernachlassigen. So zum Beispiel die FabCon oder die MakeMunich. Und nicht zuletzt der Blick uber den Tellerrand: Auch im Ausland gibt es zahlreiche Messen zu 3D-Druck. Ich nenne Ihnen hier nur zwei Beispiele als Tipps. Sicher ist, dass es jetzt schon viel mehr gibt und noch viele neue folgen werden.

Wer nicht fertige 3D-Modelle kauft – was immer leichter moglich wird – muss diese selbst konstruieren. Gern mit einer 3D-Software, die nicht allzu teuer ist oder nach Moglichkeit vielleicht sogar uberhaupt nichts kostet. Ich stelle in diesem Kapitel einige vor, die kostenlos sind. Allerdings habe ich sie nicht alle selbst ausprobiert. Ich fuhre auch noch kostenpflichtige Software auf. Wenn Sie sich zum ersten Mal mit dem Konstruieren beschaftigen, ist es sicher gut, am Anfang auf eine kostenlose 3D-CAD-Software zuruckzugreifen. So konnen Sie feststellen, ob Sie uberhaupt Freude am Konstruieren haben – und mussen im Vorfeld zum Uben erst einmal Ihre Zeit, aber kein Geld investieren.

Mehr und mehr Anwender finden Freude daran, mit 3D-Druck selbst zu produzieren. Durch die Moglichkeit, etwas zu drucken, was man gerade braucht oder als Design-Objekt geschaffen hat, werden neue Ideen im wortlichen Sinn in Form gebracht. Auch der Austausch mit anderen, die ihre 3D-Modelle auf Open-Source-Plattformen wie zum Beispiel Thingiverse teilen, motiviert zur weiteren Entwicklung und neuen Einfallen.

Es ware zu aufwendig, alle Hersteller von 3D-Druckern und deren angebotene Maschinen mit den jeweils unterschiedlichen Verfahren in einem Buch dieses Formats umfassend darzustellen. Ich mochte Ihnen an dieser Stelle die Moglichkeit geben, sich ein Bild davon zu machen, dass die Hersteller Drucker anbieten, die mit verschiedenen 3D-Druck-Verfahren arbeiten.

Alljahrlich findet in Frankfurt am Main die EuroMold statt – die Weltmesse fur Werkzeug- und Formenbau, Design und Produktentwicklung. Diese Messe, veranstaltet von der DEMAT GmbH, gilt als deren groste Veranstaltung. Im Jahr 2011 (Ende November bis Anfang Dezember) zeigten dort bei der 18. EuroMold an den vier Messetagen 1.324 Aussteller aus 38 Landern ihre Produktentwicklungen. Mit fast 58.000 Besuchern aus 97 Nationen schloss die EuroMold im Jahr 2011 ab.

Im Folgenden finden Sie eine Ubersicht zu Rapid-Prototyping-Verfahren. Einige davon habe ich an fruheren Stellen in diesem Buch schon erwahnt – und dabei Objekte, die mit ihrer Hilfe hergestellt wurden, genannt.

Diese Herstellerliste wurde in alphabetischer Reihenfolge nach bestem Wissen zusammengestellt Fur die Aktualitat aller Angaben ubernehme ich wegen des sich rasch verandernden Marktes keine Haftung.

Grundlage fur den 3D-Druck ist immer eine am Computer zuvor erstellte dreidimensionale CAD-Zeichnung, die ein Volumenmodell sein muss. Ein Volumenmodell, wie in Abb. 3.1 dargestellt, beschreibt die gesamte Oberflache eines Objekts, im Gegensatz dazu sind in einem Netz nur die Kanten beschrieben.

Zunachst ein paar Worte zum modernen Prototypenbau : Als Rapid Prototyping wurden in den 1980er Jahren Fertigungsverfahren bekannt, mit denen CAD-Daten moglichst ohne manuelle Umwege oder teure Formen direkt und schnell in Werkstucke oder Muster umgesetzt werden konnen.

Im vorangehenden Absatz bin ich auf das Kunstprojekt von Karin Sander eingegangen – im Zusammenhang mit 3D-Scannen, weil es sich meiner Ansicht nach so anbot und gut passte. An diese Stelle hatte es auch gepasst. In der Kunst wird 3D-Druck in der Zukunft kaum mehr wegzudenken sein.

Der Wunsch, eigene Ideen dreidimensional mit Hilfe von 3D-Druck umzusetzen, wird eine immer groser werdende Offentlichkeit finden. Jedoch werden nicht nur Technik-affine Personen wie zum Beispiel Ingenieure oder Modellbauer sich fur dieses Verfahren begeistern. Deshalb wird es zunehmend wichtiger werden, dass die zur Verfugung stehenden Design-Tools einfach zu bedienen sind. Nicht jeder hat Lust und Zeit, ein professionelles CAD-Programm zu erlernen.

Was es durch dreidimensionale Herstellungsverfahren an Moglichkeiten gibt oder geben kann, schreibt das britische Wochenmagazin „The Economist“ schon Anfang 2011 (Ausgabe: 12. – 18. Februar 2011). Der „Economist“ geht so weit, 3D-Druck mit der industriellen Revolution des spaten 18. Jahrhunderts zu vergleichen – insofern als Wirtschaft und Gesellschaft sich durch die Moglichkeit der Massenproduktion von Produkten grundlegend veranderten.