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25.02.2021

Schädeldecken und Motorradrahmen aus dem Drucker

Phantastisch, was heutzutage so alles aus dem Drucker kommt, wie auch Motorradrahmen. Bild: t-online.de
Die industrielle Produktion steht inmitten einer Revolution. Die virtuellen Welten bei Konstruktion und Simulation vereinen sich mit der realen Produktion. Mit 3D-Druckern, die Turbinenschaufeln, Motorblöcke, künstliche Hüftgelenke herstellen können.

Hand aufs Herz? Gehören Sie nicht auch zu jenen, die aus Unkenntnis die Technologie des 3D-Drucks bisher belächelt haben? Als Spielzeug für Erwachsene, die sich freuen, wenn sie irgendwelches Kleinplastikzeugs oder Modeschmuck selbst am Computer zeichnen und dann auch noch in einem „Drucker“ selbst herstellen können. Oder als Wunschtraum realitätsferner Nerds, die vom Bau einer Mond- oder Marsbasis mittels dieser Druckertechnologie schwafeln. Doch weit gefehlt. Der 3D-Druck ist bereits Realität, ist eine milliardenschwere Branche geworden und liefert einen wichtigen Beitrag zum Industrie 4.0-Traum von einer durchgängigen Digitalisierung der gesamten Lieferkette.

Zaubermaschinen für indiviualisierte Produkte

Derzeit startet die Industrialisierung des 3D-Drucks mit aller Vehemenz durch. Wie bei Siemens, das in einem Gasturbinenwerk in Schweden etwa tausend Düsenköpfe pro Jahr günstiger, besser und in weit kürzerer Zeit als bisher herstellt. Mit wahren Zaubermaschinen, die die dreidimensionalen Entwürfe aus den Konstruktionsbüros Wirklichkeit werden lassen. Individualisierte Produkte, die keine Mindestmenge erfordern, um rentabel zu werden. Denn es braucht keine Vorabinvestitionen mehr in Gussformen oder Werkzeuge.

Am Bau finden Drucker immer mehr Verwendung Bild: lgt.com

Spektrum aus unterschiedlichsten Materialien

 3D-Druck funktioniert schon lange nicht mehr nur mit Plastikwerkstücken. Im Gegenteil. Es kann ein breites Spektrum aus unterschiedlichsten Materialien von hochfesten Metallen bis zu künstlicher Haut abgedeckt werden. So entstehen inzwischen passgenaue Turnschuhe, Handschuhe, künstliche Fingernägel, aber auch Turbinen- und Raketenkomponenten, ja sogar ganze Schiffschrauben im Drucker. Denn man benötigt nur noch einen Bauplan, um Produzent zu werden, und wendet sich dann an das nächste 3D-Druckzentrum. So soll bis 2060 die Hälfte aller hergestellten Güter weltweit individuell nach Bedarf ausgedruckt werden. 

Wertschöpfungskette radikal verändert

 Die durch diese Technologie ermöglichten völlig neuen, hochoptimierten Produkte werden im Zusammenspiel mit dem Internet der Dinge und der digitalen Vernetzung die Wertschöpfungskette und die Produktionslandschaft radikal verändern. Mit völlig neuen Geschäftsmodellen. Viele Printshops werden von ihren Privat- und Geschäftskunden direkt Aufträge übernehmen. Digitale Vermittlungsplattformen werden die Kunden zu den geeigneten Druckern führen. Viele Ersatzteile für Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeuge, Werkzeuge aller Art und sogar Maschinen im industriellen Einsatz müssen nicht mehr real gelagert und in die Werkstatt angeliefert werden, sondern können an Ort und Stelle ausgedruckt werden.

Notwendig ist nur mehr der exakte digitale Bauplan. Der amerikanische Logistikriese UPS hat die Zeichen der Zeit bereits erkannt. So erklärte Alan Amling, Vice President Stratey bei UPS: «Wir investieren massiv ins 3D-Printing. Begonnnen haben wir vor Jahren mit zahlreichen kleineren Printern in unseren Shops. Derzeit unterhalten wir weltweit noch mehr als 1.000 Lager, die kritische Ersatzteile für Unternehmen rund um den Globus vorhalten.» Mit der 3D-Drucktechnik müssen viele dieser Ersatzteile künftig nur mehr digital gelagert werden. Was weit geringere Kosten für die Infrastruktur mit sich bringt.

Zuhause kann man sich Plastikteile ausdrucken. Bild: Shutterstock

Additive Fertigungsverfahren

Besonders die inzwischen weit entwickelten additiven Fertigungsverfahren eignen sich für die Herstellung von komplexen Strukturen und Formen. Wie etwa im Flugzeugbau, wo feine, hochstabile und viel leichtere Gitterstrukturen massive Materialien ersetzen können. Von Boeing und Airbus im Dreamliner oder der A380 seit Jahren eingebaut. So etwa Hochdruck-Hydraulikblöcke für die Flugzeugsteuerung. 35 % leichter, deutlich weniger Bauteile, weniger Produktionsabfall, schneller und billiger hergestellt.

Ersatzteile an Ort und Stelle produzieren

So hat auch im Hafen Rotterdam, dem grössten Container-Umschlagplatz Europas, ein Projekt Gestalt angenommen, das unfreiwillige und kostenintensive lange Liegezeiten der Grosstransportschiffe aufgrund von technischen Mängeln minimieren soll. Ersatzteile sollen nämlich nicht mühsam von der ursprünglichen Schiffwerft herbeigeschafft werden müssen, sondern vor Ort zu wettbewerbsfähigen Preisen mit den geforderten Qualitätsansprüchen bereitgestellt werden können.

Tatsächlich wurde vor kurzem die weltweit erste „gedruckte“ Schiffschraube vorgestellt. Eine geniale Methode, um beschädigte Schrauben an Ort und Stelle austauschen zu können. Ein Roboterarm trägt mittels Laser und Schweissdraht aus einer Spezialmetalllegierung Schicht für Schicht auf das Werkstück auf. Ein Schiffsbauteil, dessen Herstellung und Transport bisher mindestens sechs Wochen betragen hat, kann auf diese Art und Weise innerhalb von acht Tagen direkt am Liegehafen bereitgestellt werden.

Eine der wichtigsten Anwendungsbereiche ist die Medizin. Bild: stoecklimedical.ch

Auch die österreichische erfolgreiche Motorradschmiede KTM investiert in 3D-Druck. Auf mehr als 15 Industrieanlagen können derzeit Entwicklungsteile für den Rennsport, aber auch für die Prototypenentwicklung in wenigen Tagen gefertigt werden. Bisher mussten die Entwicklungsingenieure zwei Monate und mehr auf die Umsetzung ihrer Ideen warten. Schliesslich mussten nach herkömmlicher Methode für jedes neue Testteil vorab spezielle Werkzeuge, wie etwa gefräste Aluformen oder Pressteile fabriziert werden. Komplexe Gusskomponenten für Motorgehäuse aus Aluminium oder Zylinderköpfe müssen jetzt nicht mehr zeit- und kostenintensiv im Sandgussverfahren hergestellt, sondern in wenigen Stunden «ausgedruckt» werden. Und es können vollkommen neuartige Motorgehäuse mit innenliegenden Kühlkanälen realisiert werden, wie es mit den bisherigen Bohr- und Fräsverfahren nicht möglich war.

  • Ob massgeschneiderte Adidas-Schuhe,... Bild: analipsonmd.com
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  • ...die neuesten Brillenfassungen... Bild: magazin.brille-schmuck.de
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  • ...Schmuck... Bild: welt.de
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  • ...oder Keramikbehälter, es gibt kaum noch etwas, das nicht gedruckt werden könnte. Bild: 3druck.com
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Revolution in der Medizintechnik

 Der 3D-Druck wird aber vor allem anderen die Medizintechnik revolutionieren. Wir sprechen hier von Wachstumsraten von 50 % und mehr. Nach einem Scan des Patienten werden schon heute an Ort und Stelle Implantate wie Hüftgelenke oder Zahnprothesen absolut passgenau gefertigt. Doch wir stehen erst am Anfang dieser Entwicklung. Mittels 3D-Bioprinting lassen sich bereits jetzt menschliche Organe oder Teilstrukturen davon, wie etwa die Leber in Forschungsprojekten herstellen. Der Schritt zu funktionsfähigen Organen, die exakt der DNA des Empfängers angepasst sind, ist keine reine Zukunftsvision mehr, sondern mittelfristige Realität.

gmh/uh