3D-Druck

Unter 3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, versteht man Verfahren zur Fertigung von Bauteilen durch schichtweisen Auftrag von Material aus formlosem Rohstoff. So wie man ein Schriftstück mithilfe eines Druckers ausdrucken kann, lassen sich mit einem 3D-Drucker also auch dreidimensionale Gegenstände anhand eines 3D-Modells „drucken“. [1]

Was kann man drucken?

Der Technologie sind scheinbar keine Grenzen gesetzt. Durch den schichtweisen Auftrag des Materials, kann je nach Fertigungsverfahren theoretisch in beliebiger Form gefertigt werden.

Hauptanwendungsgebiete sind das Rapid Prototyping, also das Erstellen eines Prototypen oder Musters, und das Rapid Manufacturing – die Herstellung von fertigen Produkten oder Bauteilen.

Auch die verarbeitbaren Materialien sind von erstaunlicher Vielfalt. Neben Kunststoffen und Metallen können auch Keramiken, Beton, Carbon, Lebensmittel und Biomaterialien zum Einsatz kommen. Weitere Materialien werden von Forschern fortlaufend erschlossen. [1, 2]

Welches Potenzial steckt im 3D-Druck?

Das volle Potenzial ist schwer abschätzbar, da der Stand der Forschung sich rasant entwickelt. Schätzungen zufolge wird das Marktvolumen der 3D-Druckindustrie von knapp fünf Milliarden im Jahr 2016 schon im Jahr 2020 auf deutlich über 20 Milliarden Euro angestiegen sein. Tendenz steigend.

Die Möglichkeit, Teile aller denkbaren Geometrien aus einer nahezu unerschöpflichen Bandbreite an Materialien in beliebiger Stückzahl ohne produktbezogene Werkzeuge herzustellen, kann bisherige Produktionsmuster und etablierte Geschäftsmodelle aufbrechen bzw. ganz neuen Geschäftsmodelle hervorbringen. Das Drucken von Ersatzteilen nach Bedarf birgt enorme Zeitvorteile und kann darüber die Logistik entlasten. [1]

 

 

 

 

 

Das Marktvolumen der 3D-Druckindustrie wird in den nächsten Jahren rasant wachsen. 

Quelle: Canalys; © Statista 2019

Was sind die Anwendungsfelder?

Generell lässt sich sagen: Es gibt keine Branche, für die der 3D-Druck nicht relevant ist. Die Einsatzfelder sind bereits beachtlich, werden aber Tag für Tag erweitert. Von der Automobil- und Luftfahrtindustrie mit ihrer Anforderung der Leichtbauweise über die Medizintechnik und Architektur bis hin zur Spielzeug- und Konsumgüterindustrie, Kunst und Kultur und weit darüber hinaus reichen die Anwendungsfelder der additiven Fertigung. [1, 2, 3]

  • Der McLaren P1 wurde jüngst mit Titanrädern aus dem 3D-Drucker bestückt. Diese sind nicht nur leichter als die Originalteile, sondern verringerten auch die Materialverschwendung bei der Herstellung im Vergleich zum Fräsvorgang um 80%. [4] 
  • Die Herstellung von Ersatzteilen birgt auch in der Automobilindustrie großes Potenzial. In Australien wurde für einen Oldtimer ein nicht mehr erneuerbarer bzw. in der Reparatur nahezu unbezahlbarer Motor mithilfe von 3D-Scanner und 3D-Drucker wieder fahrtüchtig gemacht. [5]
  • Airbus verbaut beispielsweise im A350XWB eine 3D-gedruckte Landeklappenführung aus Titan. [6]
Landeklappenführung aus Titan für den Airbus A350 (Quelle: Airbus)
  • Mittels einer Prostata-Attrape können angehende Chirurgen die Operation zur Entfernung der Drüse mittels Endoskopie erlernen ohne das Risiko, bei einem Fehler direkt einen Patienten zu schaden. Die Attrappe kann mittels 3D-Druck sehr realitätsnah und schnell hergestellt werden und verbessert die komplexe Ausbildung der Chirurgen. [7]
  • Die Herstellung von Ersatzteilen für zerstörte Knochen gehörte zu den ersten Einsatzgebieten in der Medizin. Beispielsweise kann ein individualisiertes Implantat für großflächige Schäden am Schädel durch 3D-Druck vor Ort hergestellt und unmittelbar implantiert werden. [8]
Metallplatte als Ersatz für Schädelknochen aus dem 3D-Drucker (Quelle: Ireneus Henning, Universität Duisburg)

Ausblick

Der 3D-Druck steckt noch in seinen Kinderschuhen, bietet aber bereits zahlreiche Möglichkeiten, Produktionsstrukturen zu überdenken oder zu unterstützen. Die rasante Entwicklung der Technologie lässt für die Zukunft noch viele neue Anwendungsfelder erwarten. Insbesondere die Möglichkeit, verschiedene Materialien in einem Druckvorgang zu verarbeiten, birgt noch Potenzial für weitaus tiefergreifendere Änderungen der Produktion.

Aufgrund der stetig wachsenden Anzahl an verfügbaren Maschinen und Materialien ist der 3D-Druck-Markt im ständigen Wachstum und Wandel. Diejenigen Bauteile zu identifizieren, die wirtschaftlich und technisch sinnvoll additiv gefertigt werden können, stellt eine Herausforderung für alle Unternehmen dar. Der eigenen Kreativität sind Dank der möglichen Komplexität und der Designfreiheit aber kaum Grenzen gesetzt. Ein entscheidender Faktor wird daher auch die Bereitschaft sein, sich mit dem Thema zu befassen und offen zu sein für externe Hilfe in Form von Know-how, Dienstleistungen oder Beratung. [1, 3]

Projekte und Einrichtungen der KAT-Hochschulen

Einrichtungen an der HS-Anhalt: 
Die Hochschule Anhalt verfügt in ihrem SpaceLab über aktuell 3 FDM-Drucker unterschiedlicher Größe sowie einen Stereolithosgrafie-Drucker. Die Bauräume reichen von ca. 230 Kubikzentimetern bis einem Kubikmeter. Die Drucker werden überwiegend für studentische Arbeiten im Fachbereich Design genutzt.
Zusätzlich stehen in einer 3D-Werkstatt Workstations zur 3D-Modellierung & Visualisierung durch AR & VR – Brillen, Verknüpfung zu mobilen Endgeräten, 3D-Drucker, 3D-Scanner und 360° Kameras für Anwendungen im Bereich der Landschaftsarchitektur zur Verfügung.

Studentisches Projekt aus dem Bereich der Lebensmitteltechnik: 
Beschaffung und Inbetriebnahme eines Lebensmittel 3D-Druckers 

Es wurden Möglichkeiten des 3D-Drucks von Lebensmitteln eruirt. Dabei entstand die Konzeption von Ideen und Planung der Versuche mit dem Gerät „Procusini“ der Firma Print2Taste GmbH.

Mehr Informationen zum Projekt hier

Welche Experten gibt es im KAT-Netzwerk?

  • Dietmar Glatz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Hochschule Merseburg
Haben Sie konkrete Anfragen oder benötigen Sie thematischen Unterstützungsbedarf?
Kontaktieren Sie uns.

Quellen:

[1] Gebhardt, A.; Kessler, J.; Thurn, L.: 3D-Drucken. Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM). 2., neu bearbeitete und erweiterte Auflage. München: Hanser 2016.

[2] Fastermann, P.: 3D-Druck/Rapid Prototyping. Eine Zukunftstechnologie – kompakt erklärt. Berlin, Heidelberg: Springer Vieweg 2012.

[3] Fischer, A.; Gebauer, S.; Khavkin, E.: 3D-Druck im Unternehmen. Entscheidungsmodelle, Best Practices und Anwendungsbeispiele. Am Beispiel Fused Layer Modeling (FLM). München: Hanser 2018.

Gefördert durch: