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Fertigung: Wie 3-D-Druck Europas Industrie retten soll

(c) Imago/Xinhua
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3-D-Druck ist der kürzest mögliche Weg vom Modell zum fertigen Produkt. Die Industrie experimentiert mit Verfahren für die voll digitalisierte Fertigung.

Wien. Ja, es ist möglich, ein Haus zu drucken. Anfang März hat ein findiger chinesischer Unternehmer in der von Kanälen durchzogenen Ausflugsstadt Suzhou nahe Shanghai die weltweit erste 3-D-gedruckte Riesenvilla präsentiert. Zwei Tage hat es gedauert, um das dreistöckige Haus mit einer Fläche von 1100 Quadratmetern zu drucken.

Allerdings sind die Fotos von der mit prunkvollen Säulen und Balkonen ausgestatteten Villa etwas irreführend: Der 3-D-Drucker, den der Unternehmer und Erfinder Ma Yihe in sechs Jahren entwickelt hat, schafft nur die schlichten vertikalen Außen- und Innenmauern des Gebäudes. Der dekorative Rest wurde mit herkömmlichen Bautechniken hinzugefügt. Trotzdem ist sich Ma sicher, dass seine Erfindung die Bauindustrie revolutionieren wird.

Etwas länger braucht der kranhohe 3-D-Drucker, der in Amsterdam gerade dabei ist, ein vollständiges Grachtenhaus – ebenfalls an einem Kanal – zu drucken. Drei Jahre soll die Fertigstellung des Hauses dauern, schon jetzt ist die Baustelle – ein Projekt des Architekturbüros DUS in Kooperation mit der Firma Henkel, welche das Druckmaterial liefert – eine Pilgerstätte für 3-D-Druck-Fans aus aller Welt. Für viele von ihnen ist der 3-D-Druck das Sinnbild der vierten industriellen Revolution schlechthin – der sprunghaft voranschreitenden Digitalisierung aller Teile der industriellen Wertschöpfungskette.

Der 3-D-Druck ist eines der anschaulichsten und faszinierendsten Beispiele dafür, wie die Digitalisierung der industriellen Fertigung („Industrie4.0“) funktionieren kann: „Es ist der kürzeste Weg von der Idee zum fertigen Produkt. Alles, was ich dafür brauche, ist eine digitale Zeichnung“, sagt Bruno Buchmayr, Vorstand des Institutes für Umformungstechnik an der Montanuniversität Leoben. Um vom digitalen Modell zum realisierten Produkt zu kommen, braucht es im Prinzip nur einen Knopfdruck. Das dreidimensionale Objekt wird dann Schicht um Schicht gemäß der zuvor digital errechneten Druckpfade aufgebaut. Das Material wird dazu in geschmolzener Form aus einem Druckknopf gepresst.

Das Prinzip klingt so einfach wie genial. Dennoch sind die Einsatzmöglichkeiten des 3-D-Drucks in der Industrie noch auf einige wenige Spezialbereiche beschränkt. Und Buchmayr zufolge wird das auch im Jahr 2048 nicht radikal anders aussehen. Er schätzt, dass bis dahin einige Prozent der Industrieproduktion über 3-D-Drucker abgewickelt werden. Derzeit liegt dieser Anteil im Promillebereich.

 

Ersatzteillager für den Körper

Die Wiener Firma Lithoz setzt voll auf 3-D-Druck. Aufbauend auf einer Forschungsarbeit der TU Wien hat das Unternehmen ein Verfahren entwickelt, mit dem Hochleistungskeramik gedruckt werden kann. Mit der zerbrechlichen Gmundner Kaffeekanne haben die Dinge, die ein Lithoz-Drucker herstellen kann, aber rein gar nichts zu tun. Die Spezialkeramik weist je nach Anwendungsgebiet hohe Härte, besondere Hitzebeständigkeit oder Biokompatibilität auf. Letzteres heißt: Die Teile können als Ersatzteillager für den menschlichen Körper dienen, da menschliche Knochen und Fasern besonders gut mit der Spezialkeramik harmonieren. So druckt der 3-D-Drucker etwa eine Herzpumpe, auch Implantate wie Knochenschrauben werden im 3-D-Verfahren hergestellt.

Dass 3-D-Druck sich in Zukunft auch in der Massenproduktion durchsetzen wird, glaubt Lithoz-Gründer Johannes Patzer nicht. „Der Ansatz, mit 3-D-Druck die Industrie billiger zu machen, funktioniert nicht. Interessant wird es erst dann, wenn etwas mit konventionellen Methoden nicht herstellbar ist“, sagt Patzer. Konkurrenzfähig im Vergleich zu etablierten Methoden, die auch für die Massenfertigung taugen, sei man heute bis zu einer Stückzahl von ein paar Hundert. Im Jahr 2048 könne das vielleicht auf ein paar tausend Stück ausgeweitet werden.

3-D-Druck wird also etwas für Kleinserien und spezialisierte Einzelstücke bleiben. Für die Flugzeugindustrie und die Raumfahrt etwa lohnt sich die Entwicklung teurer 3-D-Druckverfahren, da so auch komplexe geometrische Formen (etwa mit Hohlräumen) leicht realisierbar sind. „Wenn man da ein Kilo einspart, kann man 15.000 Euro sparen“, sagt 3-D-Druck-Experte Buchmayr.

 

Rettung für Standort Europa

Trotz der beschränkten Einsatzgebiete sind sich Experten darin einig, dass der 3-D-Druck und andere digitale Verfahren die einzige Chance sind, europäische Industriebetriebe weltweit konkurrenzfähig erhalten zu können: Indem sie mit Innovationen einen Schritt weiter als die Billiglohnländer sind. Deshalb haben Länder wie Deutschland und seit Kurzem auch Österreich Industrie 4.0 ganz oben auf ihre Agenda gesetzt (siehe Artikel unten).

Dass die Unternehmen der Politik hier schon um Jahre voraus sind, zeigt auch das Beispiel des Grazer Herstellers von Präzisionslaborgeräten, Anton Paar. Das Unternehmen war das erste in Österreich, das vor zweieinhalb Jahren eine 3-D-Druckanlage für selektives Laserschmelzen von Metallen in Betrieb genommen hat. Und wie so oft bei innovationsfreudigen Vorreitern, läuft die Sache nicht ganz so rund. „Die Maschinen machen in der konkreten Anwendung einige Schwierigkeiten“, sagt Gerhard Murer, Chief Scientist von Anton Paar. Der Weg vom digitalen Modell zum Produkt ist offenbar bei den elaborierteren 3-D-Druckern doch nicht ganz so einfach. „Allein aus der Perspektive des Schweißers betrachtet, gibt es bei der Maschine 150 Parameter, die man verstellen kann“, seufzt Murer. Eine halbe Million Euro hat Anton Paar in das Projekt investiert, profitabel ist es noch nicht.

Das Personal, das den Drucker bedienen kann, ist teuer, weil rar. „Wenn es einmal einen Routinebetrieb gibt, wird es auch mit billigeren Arbeitskräften funktionieren“, sagt Murer. „Aber jetzt sind wir noch in der Experimentierphase.“

AUF EINEN BLICK

3-D-Druck. Auf Basis eines digitalen Modells baut ein 3-D-Drucker Schicht für Schicht ein Objekt auf. Die Vorteile dieses Verfahrens: Im Gegensatz etwa zum Löten oder Schweißen gibt es keinen Abfall; der Weg von der Idee zum Prototypen ist extrem kurz. Die Nachteile: In der Regel dauert der Druck sehr lang. Deshalb sind nur Kleinserien möglich, keine Massenproduktion.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 27.06.2015)