Zukunft 3D-Druck

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Vom Prototyp zur Produktion

© Local Motors

Von Sabine Philipp

Den Sprung vom Proto­typing in die Fertigung könnte der 3D-Druck noch 2016 schaffen. Prof. Dr. Norbert Babel von der Hoch­schule für angewandte Wissen­schaften (HAW) Landshut ist überzeugt, dass die Technologie auf einem guten Weg ist, sich bei der Produktion von Klein­serien zu etablieren. Seit etwa zwei Jahren ist das Thema 3D darum ein fester Bestand­teil des Lehr­plans. Die ersten Arbeiten stellte die bayerische Hoch­schule im März 2015 auf dem Praxisforum 3D-Druck vor, das sich ausdrücklich auch an kleine und mittel­ständische Unter­nehmen richtet.

Der IT Innovation Readiness Index, den das Marktforschungsinstitut Pierre Audoin Consultants (PAC) im Auftrag von Freudenberg IT erstellt, sieht die Entwicklung in dieselbe Richtung gehen. Das Papier zeichnet ein Zukunftsbild grundlegend veränderter Produktionsformen. Die Autoren gehen davon aus, dass die Wertschöpfung vermehrt von Großfabriken in ein dezentrales Netzwerk aus Microfactories wandern wird. Dadurch würde die Herstellung lokaler, und die Lieferketten würden sich drastisch verkürzen – und ebenso die Innovationszyklen. Der Lkw-Verkehr auf den Straßen würde unter Umständen deutlich abnehmen, denn das nächste neue Produkt läge dann gewissermaßen nur einen Druckjob entfernt. Darüber hinaus ließen sich Produkte bis ins kleinste Detail an spezielle Kundenwünsche anpassen und individualisieren.

Markt mit Milliardenwachstum

Das Potenzial der additiven Fertigungstechnologien ist auf jeden Fall gewaltig und bislang auch nicht annähernd ausgeschöpft. Die Studie „Five questions to shape a winning 3D printing strategy“ der internationalen Managementberatung Bain & Company geht davon aus, dass 2016 die Umsätze weltweit um rund 30 % auf mehr als 7 Mrd. US$ steigen werden. Bis 2018 erwartet das Unternehmen einen Anstieg der Erlöse um gut weitere 30 % auf dann 12,5 Mrd. US$. Das entspricht in etwa den Zahlen des letzten Wohlers-Reports, der die einschlägige Quelle der Branche darstellt. Wohlers zufolge wird der weltweite Umsatz 2016 auf 7,3 Milliarden US$ wachsen. Die weiteren Aussichten: 12,7 Milliarden US$ im Jahr 2018 und 21,2 Milliarden US$ im Jahr 2020.

Local-Motors-3D-car 2.jpg Local Motors will noch 2016 das erste Auto ganz im Direct Digital Manufacturing herausbringen. (Bild: Local Motors)

Wohlers zufolge hält Deutschland momentan 8,7 % des Marktes für 3D-Großgeräte, die über 500 US$ kosten. Hier wären deutliche Anstrengungen nötig, damit die Bundesrepublik nicht – wie in anderen Technologiesegmenten – als Consumer-Markt abgedrängt wird. „In vielen Ländern wird das Thema 3D-Druck bereits in der Schule behandelt“, erklärt Sheldon S. Nazaré vom RGF-Netzwerk 3DION die Entwicklung. Er nennt exemplarisch Israel, die USA, Kanada, die Niederlande, Großbritannien, Frankreich, China und Japan. Deutschland jedoch hinke in diesem Bereich noch stark hinterher. Dagegen will die US-amerikanische Firma Local Motors noch 2016 das erste komplette Auto per Direct Digital Manufacturing auf den Markt bringen. Drei Viertel des Vehikels sollen im 3D-Druck entstehen, das Material besteht dem Unternehmen zufolge zu 80 % aus ABS-Kunststoff und zu 20 % aus Carbonfasern.

Player und Partnerschaften

So gut die Aussichten insgesamt sind, so schwierig ist die Beurteilung im Detail. Zum einen ist der Markt beständig in Bewegung. Zum anderen müssen sich die Akteure regelmäßig in komplexen und oft langwierigen Patentfragen auseinandersetzen – erst im Dezember 2015 einigten sich EOS GmbH und SLM Solutions Group AG auf eine Patentvereinbarung zu SLM (Selective Laser Melting) und Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Unterdessen denken etablierte Wirtschaftsriesen laut darüber nach, selbst mit 3D-Fertigungsanlagen einzusteigen. Nicht zuletzt umfasst die Branche sehr unterschiedliche Akteure, von der reinen Softwareschmiede bis zum Hightech-Anlagenbauer. Insgesamt ist in naher Zukunft mit einer ersten großen Konsolidierungswelle zu rechnen.

Deutlich wird diese Lage durch einen Blick auf die Börse: Der Stoxx Global 3D Printing Tradable Index mischt Dienstleister und Softwareschmieden wie Autodesk mit genuinen Herstellern wie Stratasys, 3D Systems oder Systèmes. Entsprechend wankelmütig verhält sich die STG3DPP-Chart. Das darauf bezogene Open-End-Zertifikat von HypoVereinsbank/UniCredit (HY05NL) zeigt seit Ausgabe 2013 heftige Schwankungen, ist im Januar 2016 nahezu komplett abgestürzt und liegt mittlerweile unter dem Ausgabewert.

Bezeichnend ist, dass der Stoxx Global 3D Printing Tradable Index Platz für 30 börsennotierte Unternehmen hätte, die mindesten 1 % ihres Umsatzes im 3D-Segment machen und im Schnitt ein tägliches Trading-Volumen von mindestens 250.000 Euro aufbringen. Tatsächlich vertreten sind in dieser Kategorie – Stand Januar 2016 – lediglich 13 Namen, darunter aus Deutschland der baden-württembergische Industriedienstleister Bertrandt und die Lübecker SLM Solutions als Spezialist für Selektives Laserschmelzen. Das zeigt nebenbei, dass die breit aufgestellte Bertrandt AG mittlerweile einen ausreichend großen Bedarf an schnellem Prototyping bedient, und außerdem, dass die 3D-Unternehmen in den seltensten Fällen auf dem Kapitalmarkt vertreten sind. SLM-Marktführer EOS ist als GmbH nicht vertreten, und die 1996 gegründete Alphaform AG wurde im Oktober 2015 durch die Proto Labs GmbH übernommen. Im B2B-Geschäft von Rang wird man kaum umhinkommen, jeden Geschäftskontakt als strategische Partnerschaft zu behandeln und entsprechend sorgfältig zu prüfen.

Wachstumssegment Medizintechnik

Es ist andererseits durchaus positiv zu sehen, dass diese Marktlage Kooperationen und Partnerschaften geradezu fördert. In vielen Fällen müssen Fachleute der additiven Fertigung und Konstrukteure ohnedies ihr spezifisches Know-how zusammenlegen, um ein Projekt überhaupt zu stemmen. Das beste Beispiel ist hier die Medizintechnik, ein Segment, bei dem niemand zweifelt, dass es künftig ein maßgeblicher Treiber der 3D-Fertigung sein wird. Absolute Individualisierung für den individuellen Patienten, minimale Stückzahlen und zugleich enorme Materialanforderungen bis hin zu lebendem Gewebe münden hier in einen Bedarf, den ausschließlich die additive Fertigung befriedigen kann.

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Schwarz auf Weiß
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Einer TNS-Emnid-Umfrage zufolge, sahen die Fachleute unter den Befragten die Zukunft der 3D-Technologie 56 % in der Medizin, nur überboten von der Entwicklung (64 %), aber noch vor Ersatzteilen (52 %) und Elektronik (48 %). Konkret hatte der BITKOM im Herbst 2015 Pharmaunternehmen zum Thema Digitalisierung in der Medizin befragt: 34 % der Teilnehmer erwarten demnach, dass die Herstellung von Prothesen und Implantaten per 3D-Druck in zehn Jahren alltäglich sein wird; 25 % halten dann sogar die Herstellung fertiger menschlicher Organe im 3D-Druck-Verfahren für möglich. Und das ist bereits mehr als reine Zukunftsmusik: Die ersten, vielversprechenden Schritte in diese Richtung sind bereits getan.

Experimente mit Baubeton

Unvermutet hat sich in letzter Zeit ein ganz anderer Anwendungsbereich in den Vordergrund gespielt: die Baubranche. Hier besteht die Grundüberlegung darin, den Materialtransport zu konsolidieren. Das plakative Forschungsprojekt dazu hat sich Gebäude auf dem Mond in den Kopf gesetzt. Wenn der Erdtrabant eines Tages besiedelt werden sollte, dann wäre es in der Tat vernünftiger, die nötigen Bauten vor Ort entstehen zu lassen. Die Europäische Weltraumbehörde ESA und die NASA testen bereits entsprechende Verfahren.

Irdische Vorbilder für derartige Zukunftsprojekte gibt es schon. Zurzeit soll zum Beispiel in Dubai ein Bürogebäude im Druckverfahren entstehen. Die Teile aus Beton, Kunststoff und Glasfasern werden mit einem 6 m hohen Gerät produziert und ganz in der Nähe eines demnächst entstehenden „Museums der Zukunft“ zusammengebaut. Auch für die Innenausstattung des 185 m² großen Gebäudes sollen 3D-Verfahren sorgen.

Im September 2015 hat die niederländische TU Eindhofen einen Drucker in Betrieb genommen, der Elemente aus Beton fertigen kann, die 11 m lang, 5 m breit und 4 m hoch sind. Die Universität möchte gemeinsam mit der Bauindustrie innovative und leicht recycelbare Betonprodukte entwickeln, die den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden. So können sich die Forscher vorstellen, dass man mit einem solchen Drucker eines Tages Wände herstellen kann, die verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in sich vereinen: faserverstärkten Beton, der Stabilität garantiert, dazu eine gut isolierende, Schmutz abweisende Außenschicht und eine Schicht im Innern, die für eine angenehme Akustik sorgt.

Intelligente Architekturen

Zugleich haben die Wissenschaftler das Thema Smart Home im Blick. An der TU Eindhofen kann man sich gut vorstellen, mit der 3D-Technik drahtlose Sensoren in die Wände zu verbauen; diese könnten dann die Raumtemperatur messen oder automatisch den Lichtschalter betätigen, sobald sie merken, dass jemand den Raum betritt. Aus dieser Perspektive bietet sich die additive Fertigung als der ideale Technologiepartner für das anrauschende Internet der Dinge an. Bisher beschreibt selbst die fortschrittlichste „Fabrik 4.0“ optimiert vernetzte Supply Chains, bei denen Maschinen, Produkte und Software miteinander selbsttätig kommunizieren, innerhalb der gewohnten Architekturen. Wie eine Produktion aussehen wird, bei der die Wände Sensoren haben und Signale weitergeben, ist heute kaum vorstellbar.

Oder doch? Die Hannover Messe jedenfalls will schon 2016 die Additive Manufacturing Plaza als neue Sonderschau im Rahmen der Digital Factory eröffnen. Auch auf der Euromold, der internationalen Messe für Werkzeug-, Modell- und Formenbau, Design, Additive Fertigung und Produktentwicklung kam zuletzt bereits ein Drittel der Aussteller aus dem Bereich Additive Manufacturing und 3D-Printing. Und in Erfurt finden mittlerweile jährlich die Parallelmessen Rapid.Tech (Anwender und Entwickler) und FabCon 3.D (semiprofessionelle Anwender und Start-ups) statt. In Frankfurt möchte außerdem die formnext die neuesten Entwicklungen der additiven Technologien im Zusammenspiel mit konventionellen Verfahren zeigen.

Für dieses Interesse aus der Industrie gibt es handfeste Gründe. Folgt man der Überschlagsrechnung von Jeremy Rifkin, dem der lokale 3D-Druck genau in „Die dritte industrielle Revolution“ passt, benötigt die additive Fertigung im Schnitt lediglich 10 % des Rohmaterials im Vergleich zur subtraktiven Fertigung. Er kann sich dabei immerhin auf Zahlen aus dem US-Department of Energy berufen, das außerdem Energieeinsparungen von rund 50 % für machbar hält.

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