3D-Druck kommt, nur nicht daheim

Dreidimensionale Produktionstechnologien sind bereits seit den 1980-Jahren bekannt, wurden aber primär im Bereich der Prototypen für den industriellen Bereich eingesetzt. Im größeren Umfang entwickelte die Automotive Industry durch Rapid Prototyping mit CNC-Technologien (Computerized Numerical Control) Modelle, die zu kürzeren Entwicklungszyklen geführt haben.

Inzwischen hat sich die sogenannte Additive Fertigung (3D-Printing) erheblich weiterentwickelt: technologisch durch die Verarbeitungsmöglichkeit unter anderem von Metall und wirtschaftlich durch das Auslaufen von Patenten und den dadurch entstandenen Preisverfall. Sie wird zunehmend im industriellen Bereich zur Herstellung von Prototypen, Modellen und Werkstücken, von denen nur geringe Stückzahlen (Kleinserien von 500 bis 1000 Stück) benötigt werden, und im privaten Hobby-Bereich verwendet.

Bei der Additiven Fertigung baut eine Maschine (in einer Analogie "3D-Drucker" genannt) dreidimensionale Werkstücke aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen schichtweise (additiv) auf. Dies erfolgt computergesteuert mittels CAD (Computer Aided Design) oder eines anderen dreidimensionalem-Beschreibungsverfahrens.

er Aufbau findet durch physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt, für die typischerweise spezielle Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle verwendet werden. Abhängig vom verwendeten Material oder von dessen Kombination nutzt 3D-Printing unterschiedliche Fertigungstechniken. Kunststoff wird geschmolzen, Metall selektiv gelasert oder per Elektronenstrahl geschmolzen, bei dem aus einem metallischen Pulver, Schicht für Schicht, ein fester Gegenstand aufgebaut wird.

Trotz der Vielzahl dieser Technologien gelten zur Herstellung von Niedrigpreisprodukten wie von hochqualitativen Teilen zum Beispiel für die Luft- und Raumfahrtindustrie dennoch die gleichen Prinzipien: Digital gestaltete Objekte werden schichtweise gedruckt.

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Die grundlegenden Vorteile gegenüber traditionellen, konkurrierenden Herstellungsverfahren wie zum Beispiel dem Spritzgussverfahren oder dem Extrusionsblasverfahren sind, dass das aufwendige Herstellen von Formen und das Formenwechseln entfallen. Im Vergleich zur Dreh- oder Frästechnik, die den Gegenstand aus einem Materialstück herausarbeiten, entsteht beim 3D-Printing in der Regel kein Materialverlust durch die punktgenaue Verwendung.

Wo Ingenieure früher Aussparungen und Hohlräume vorsehen mussten, um viele Einzelteile zu einem großen Bauteil montieren zu können, druckt die Maschine nun das komplette Bauteil aus einem Stück. Auch die Konstruktion des zu produzierenden Bauteils kann vereinfacht werden und gleichzeitig an Vielfalt gewinnen, da einschränkende Randbedingungen der traditionellen Produktionsverfahren nicht mehr maßgebend sind.

Durch die kontinuierliche Verbesserung der 3D-Drucker und die Innovationen auf dem Gebiet der Drucktechnologien, bei gleichzeitiger Reduktion der Preise, wird 3D-Printing eine transformatorische Wirkung auf weite Teile der Fertigungsindustrie, der Retail-Branche und nach unserer Ansicht auch der Logistikketten haben. In der industriellen Fertigung wird es möglich sein, präzise, stabile, aber leichte Bauteile zu drucken, die mit konventionellen Verfahren heute nicht herstellbar sind.

In diesem Zusammenhang werden Rapid Prototyping und "On-site-Herstellung" keine Ausnahme mehr darstellen, sondern zum Standard im globalen Wettbewerb werden. Auch heute schon wird kostenintensive Lagerhaltung nach Möglichkeit vermieden und just-in-time an die Produktionsstandorte geliefert. Die heutigen Fertigungsverfahren erlauben aber nur in begrenztem Umfang eine zeitlich flexible, kostenoptimierte und kundenspezifische Anpassung von Produkten. Tatsächlich bedarfsorientiert wird kaum produziert, Lagerhaltung lässt sich auch deswegen kaum vermeiden.