3D-Drucktechnologien und Nachhaltigkeit: Wie additive Fertigungsverfahren die Wirtschaft revolutionieren
Dreidimensionale Druckverfahren sind im Kommen und werden die Warenwelt und ganze Produktionszweige nachhaltig verändern. Dabei verschmelzen Herstellung und Nutzung von Waren und Dienstleistungen immer mehr. Das umschreibt der von Alvin Toffler 1980 erfundene Begriff „Prosumer“ (später germanisiert zu Prosument), eine Wortkombination aus Produzent und Konsument: Kunden stellen sich am 3D-Drucker Produkte selbst her, die sie möglicherweise auch entworfen haben. Prosumenten gab es zu allen Zeiten, doch hat erst die Entwicklung des Web 2.0 mit Open Innovation und Open Source, mit Tauschbörsen und 3D-Druckern dem Prosumenten-Modell eine neue historische Dimension verliehen, denn es verändert die traditionellen Konzepte von Ökonomie und Arbeit. Produkte und Dienstleistungen können individualisiert angeboten werden. Nicht nur Startups, sondern auch etablierte Unternehmen stellen sich auf die disruptive neue Produktionstechnik ein. Das Zusammenwachsen von Herstellung und Verkauf bricht Branchenstrukturen auf und erzwingt neue Geschäftsmodelle.
3D-Drucker werden in Deutschland und in der EU in jedem zwanzigsten KMU vor allem im produzierenden Bereich eingesetzt. Es ist deshalb nicht überraschend, dass dieses Fertigungsverfahren derzeit eher in Großunternehmen anzutreffen ist. Die generative Fertigung (Additive Manufacturing, AM) beschreibt viele Verfahren, mittels derer ein 3D-Modell gedruckt wird. Das Material wird dabei schichtweise aufgetragen (z. B. Pulver aus Gips oder Kunststoffen, die miteinander verklebt werden). Auch andere Materialien in Pulverform (Glas oder Keramik) finden hier Anwendung. Aber auch mit flüssigen Materialien ist die Herstellung von Objekten durch 3D-Druck möglich.
Vor allem Flugzeug- und Triebwerksbauer setzen auf die platzsparenden Bauteile aus dem 3D-Drucker. Deren filigrane Konstruktion spart Gewicht und Sprit. Derzeit findet die additive Fertigung am häufigsten im Maschinen- und Anlagenbau Anwendung, doch in Zukunft könnten sich Medizintechnik, Automobilbranche und Luft- und Raumfahrttechnik zu entscheidenden Einsatzgebieten entwickeln.
Auch der Sportartikelhersteller adidas nutzt die Technik bereits: Nach eigenen Angaben ist das Unternehmen derzeit der weltweit größte Hersteller von 3D-Druck-Komponenten. Er nutzt die momentan schnellste Drucktechnologie, um die Mittelsohle neuer Laufschuhmodelle zu drucken. Der nächste Schritt sind nachhaltige Materialien wie biobasierte Kunstharze, die ohne Erdöl auskommen und ohne Qualitätsverlust wieder verflüssigt und vollständig recycelt werden können. Das Beispiel belegt, dass in dieser Entwicklung nicht nur ein enormes Wachstumspotenzial steckt, sondern auch Chancen für mehr Umweltschutz https://www.zdf.de/nachrichten/heute/3-d-druck-technologie-verlaesst-nische-100.html, denn es können dadurch auch enorme Mengen Material, Abfall und Energie eingespart werden. So möchte das Berliner Start-up Bigrep, das 3D-Drucker für die industrielle Fertigung herstellt, mit seinem Elektro-Motorrad im 3D-Drucker (das fast ausschließlich aus biologisch abbaubarem Kunststoff hergestellt ist) zeigen, was schon heute machbar ist.
Der weltweite Umsatz der neuen Fertigungstechnik wird aktuell auf etwa sieben Milliarden US-Dollar geschätzt. Nach Prognosen von Branchen-Analysten könnte er in zehn Jahren auf 100 Milliarden Dollar steigen. Der Branchen-Analyst Terry Wohlers rechnet mit einer jährlichen Wachstumsrate von 30 Prozent. Davon profitieren vor allem Produktdesigner mit technischem Wissen und Ingenieure. Aber auch die Maker, Bastler neuen Typs, beschäftigen sich inzwischen intensiv mit digitalen Fertigungstechniken wie dem 3-D-Druck.
Das Verfahren führt zurück in die vorindustrielle Epoche, als Handwerker jedes Produkt individuell herstellten und Modelle oder Prototypen aus Kartons, Ton, Schaumstoffen oder Holz per Handarbeit gefertigt wurden. Anfänglich wurde der 3D-Druck vor allem dazu genutzt, dreidimensionale Modelle für die Produktentwicklung herzustellen. Mit fortschreitender Technologie wurde der 3D-Druck immer leistungsfähiger und kostengünstiger. Mittlerweile werden nicht mehr nur Prototypen produziert, sondern auch fertige Endprodukte. Zudem hat sich der Einsatzbereich von 3D-Druck auch auf Privathaushalte oder kleinere Unternehmen ausgeweitet.
Der alte Wunsch von Bastlern und Erfindern, selbst entworfene Gegenstände schnell und professionell gefertigt in der Hand zu halten, wird Wirklichkeit: Vom Computer berechnete Produktmodelle entstehen in wenigen Stunden als greifbarer Gegenstand.
Mithilfe von 3D-Druckverfahren ist es möglich, die effizienten Baupläne der Natur zu imitieren (bionische Prinzipen)
Der 3D-Druck bietet viel Designfreiheit.
Die Bauteile werden deutlich leichter und sind stabiler.
Durch die additive Herstellung wird Material, Arbeitsaufwand und Energie eingespart.
Bei der Herstellung fällt deutlich weniger Abfall an.
Gründe für das Wachstum der Branche sind u. a. die immer schneller werdende Drucktechnologie und die wachsende Zahl an Materialien, mit denen gedruckt werden kann. „Der Markt für Konstrukteure und Maschinenbauer für den Maschinen und Anlagenbau mit 3D-Druck-Erfahrung ist deshalb enorm“, sagt Ilja Nachtrodt, Dozent bei karriere tutor®, einer beliebten Online-Weiterbildungsplattform, bei der man international anerkannte Zertifikate modern per E-Learning erwerben kann. Der Anbieter steht für maximal flexibles Lernen und persönliche Betreuung zugleich. Auch eine Ausbildung für Computergestütztes Zeichen (CAD) für die Digitalisierung ist hier möglich. Nachtrodt arbeitete nach seiner Ausbildung zum Maschinenbautechniker lange als Projektleiter in der Konstruktion und weiß, worauf es im Industrial Design und dem Umgang mit 3D-CAD-Lösungen ankommt. Heute gibt er dieses Wissen und die Freude an der Konstruktion als Dozent an seine Teilnehmer weiter.
CAD gehört zu den Handwerkszeugen, die zur Planung in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und auch in der Städteplanung unentbehrlich geworden sind. Durch ihre mit einer CAD-Software entworfenen Modelle erhalten sie mit einem 3D-Drucker eine plastischere und anschaulichere Diskussionsgrundlage als eine Skizze auf dem Papier oder ein zweidimensionales Modell auf dem Computerbildschirm. Das erleichtert die Zusammenarbeit zwischen Designern und Konstrukteuren, aber auch mit Kapitalgebern oder sonstigen Entscheidern.
Mit einer entsprechenden CAD-Weiterbildung bei karriere tutor® kann der Technische Zeichner von früher sein fachliches Know-how um die aktuellen methodischen Kompetenzen ergänzen. Aber auch für Konstrukteure ist dies eine interessante Weiterbildungsmöglichkeit, um das eigene berufliche Profil zu schärfen. Dass ein stabiles Gerüst aus fachlichem Wissen und praktischer Erfahrung mit dem jeweiligen Programm immer wichtiger wird, um effizient arbeiten zu können, zeigt sich auch an den Stellenanzeigen der Jobbörsen.
Weiterführende Informationen:
Ilja Nachtrodt: Was ist, was kann und was bringt dir 3D-Druck?
CSR und Digitalisierung. Der digitale Wandel als Chance und Herausforderung für Wirtschaft und Gesellschaft. Hg. von Alexandra Hildebrandt und Werner Landhäußer. SpringerGabler Verlag. Berlin Heidelberg 2017.