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Foto: Thilo Schmülgen
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Im Schichtbetrieb

3-D-Drucker sind mehr als ein Spielzeugtrend, um im eigenen Wohnzimmer Trillerpfeifen und Spielzeugmännchen auszudrucken. Die Geräte etablieren sich in der Industrie neben dem Fräsen und Gießen als neues Fertigungsverfahren. Und sie bergen das Potenzial für Produktrevolutionen.

Text: Patrick Schroeder

Überraschung: 3-D-Drucker sind gar nicht so futuristisch, wie viele Menschen denken. Die Technik reicht in die 1990er Jahre zurück und hat damit ähnlich viele Jahre auf dem Buckel wie der gute alte Laserdrucker. BMW zum Beispiel nutzt 3-DDrucker schon seit gut einem Vierteljahrhundert, um Sonderbauteile für Rennwagen herzustellen. Der Drucker trägt dabei 0,05 Millimeter dünne Aluminiumpulverschichten auf eine Bauform auf und verschmilzt sie an den gewünschten Stellen mit einem Laserstrahl. Schicht für Schicht senkt sich die Bauplatte ab – so lange, bis das Bauteil fertig ist.

Und abseits dieser Pionieranwendungen, die oft Millionen Euro kosteten und somit meistens finanzkräftigen Playern vorbehalten waren? Da fristeten die Geräte bis in die 2010er ein stiefmütterliches Dasein. Mittelständische Unternehmen nutzten sie kaum. Doch das ändert sich jetzt.

Werkstücke der igus GmbH in Köln
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Der Hype um 3-D-Drucker für zu Hause ließ auch Unternehmen aufhorchen

Als vor einigen Jahren immer mehr Verbraucher 3-D-Drucker für zu Hause kauften, gelang dieser Technik der Durchbruch. Die Geräte nutzen eine bewegliche Düse, die flüssigen Kunststoff Schicht für Schicht zum fertigen Objekt druckt – zum Beispiel zu einer Trillerpfeife. Lag der weltweite Absatz für solche Desktop-3-D-Drucker nach Berechnungen des Instituts der deutschen Wirtschaft in Köln im Jahr 2010 noch bei überschaubaren 5.978 Exemplaren, stieg er innerhalb eines Jahres auf 24.265 Stück. 2016 schließlich lag er bei 324.000.

„Dieser Hype hat dem Thema zu so viel Aufmerksamkeit verholfen, dass sich auch immer mehr Unternehmen für den 3-D-Druck interessieren und diesen auch einsetzen“, sagt Uwe Krill,Geschäftsführer des Kölner Fachhändlers für 3-D-Drucker „3Dmensionals“/PONTIALIS GmbH & Co. KG. „Viele produzierende Unternehmen, aber auch Universitäten und Hochschulen investieren derzeit besonders intensiv in Forschung und neue Anwendungen mit dieser Technologie.“

Mittlerweile stellen die Geräte auch Produkte in professioneller Qualität her und sind gleichzeitig mit Preisen im Segment von einigen tausend Euro für viele Unternehmen günstiger geworden. „Zahnärzte lassen Gebisskorrekturschienen mit dem 3-D-Drucker herstellen, Designer aller Branchen fertige Prototypen, Schuhmacher individuelle Einlegesohlen und Caterer zum Beispiel ein originalgetreues Brautpaar für die Hochzeitstorte“, so Krill. Als Druckmaterial kommt dabei mittlerweile fast alles zum Einsatz: darunter Kunststoffe, Titan, Gold, Messing und Kupfer.

3-D-Drucker etablieren sich als neues Fertigungsverfahren

In der Industrie etablieren sich 3-D-Drucker als kosten- und zeitsparende Alternative zum traditionellen Gießen und Fräsen. „So verändern sich derzeit ganze Produktionsabläufe“, sagt Krill. „Zulieferer gehen dazu über, Ersatzteile, aber auch zum Beispiel spezielle Motorblöcke und Zylinderköpfe für den Rennsport mit dem 3-D-Drucker herzustellen, anstatt sie zu gießen. Dadurch entfällt die Gussform, die schnell bis zu 20.000 Euro kostet.“

Stattdessen erstellen Designer ein 3-D-Modell des Bauteils direkt am Computer – mit Hilfe einer sogenannten Computer-aided-Design(CAD)-Software. Dabei haben sie ganz neue Designfreiheit. „Wir können im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren mit dem 3-D-Drucker wesentlich komplexere Formen herstellen – zum Beispiel Kühlkanäle in Form einer Spirale“, erklärt Tim Richter, Geschäftsführer des Kölner Unternehmens RSC-Engineering GmbH, das auf die Entwicklung von 3-D-Druck-Bauteilen aus Metallpulver spezialisiert ist. „Da wir geometrische Freiheit genießen, können wir Komponenten zudem viel materialsparender und in Leichtbauweise gestalten.“

Auch Richter macht die Erfahrung: Die Nachfrage nach 3-D-Druck steigt an. Lag der weltweite Absatz für 3-D-Industrie-Drucker 2010 noch bei 6.171 Exemplaren, erreichte er 2016 schon 10.500 Stück. Allerdings wissen viele Unternehmen noch nicht, wie sie in das Fertigungsverfahren einsteigen sollen. „Wir leisten daher Aufklärungsarbeit und unterstützen Kunden dabei, Bauteile neu zu designen, um die Vorteile des 3-D-Drucks ausspielen zu können.“

„3-D-Drucker setzen in der Industrie neue Maßstäbe", sagt Tom Krause, Leiter Geschäftsbereich Additive Fertigung der igus GmbH
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Das Ersatzteil für den Staubsauger einfach ausdrucken lassen

Auch igus hat die Vorteile der neuen Fertigungsmethode erkannt. Das Kölner Unternehmen ist seit 1964 auf die Herstellung von Kunststoffteilen für die Industrie spezialisiert. Traditionell stellt das Unternehmen die Kunststoffteile im Spritzgussverfahren her. Seit einiger Zeit machen sich allerdings 3-D-Drucker in den Produktionshallen breit. „3-D-Drucker setzen in der Industrie neue Maßstäbe, was die Freiheit in der Konstruktion betrifft. Auch die Zeiträume bis zur jeweiligen Produktionsreife verkürzen sich drastisch“, sagt Tom Krause, Leiter Geschäftsbereich Additive Fertigung der igus GmbH.

Das Unternehmen nutzt die Geräte zum Beispiel, um Formen für die fast 400 Spritzgussmaschinen im Werk herzustellen. Ohne die zusätzliche Anfertigung teurer Werkzeuge können Kunden dadurch auch Kleinserien schnell und kostengünstig spritzen lassen. Doch nicht nur das. Igus bietet auch einen 3-D-Druckservice für Endkunden an, die zum Beispiel ein gebrochenes Verschleißteil in der Kabelaufwicklung ihres alten Lieblingsstaubsaugers einschicken können, das als Ersatzteil nicht mehr erhältlich ist. Das Unternehmen erstellt daraufhin mit einem 3-D-Scanner ein
digitales Abbild und druckt ein Ersatzteil aus.

Digitale Baupläne versprechen drastisch sinkende Lagerhaltungskosten

Die Reise hat gerade erst begonnen. Was die Zukunft bringt? Zum einen können Lagerhaltungskosten drastisch sinken, weil Bauteile nur als digitaler Bauplan vorgehalten werden müssen und einfach bei Bedarf gedruckt werden können. Außerdem wird es Ersatzteile für den menschlichen Körper geben, ist Krill überzeugt: „In den USA haben Wissenschaftler begonnen, ein menschliches Ohr aus einer Zellmischung herzustellen. In naher Zukunft werden wir Knorpel und Hautersatz aus dem 3-D-Drucker sehen. Und in den nächsten 100 Jahren ist es sogar vorstellbar, dass Wissenschaftler komplette Organe drucken.“

Uwe Krill, Geschäftsführer von 3Dmensionals
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