Die Welt aus Kunststoff

„Die nächste industrielle Revolution“, schallt es aus der Fachpresse. Die Finger der Journalisten glühen unter der massiven Medienwirksamkeit einer nicht ganz so neuen Technologie. Selbst Barack Obama ließ es sich nicht nehmen bei seiner Neujahrsansprache von einer potentiellen Revolution in…

„Die nächste industrielle Revolution“, schallt es aus der Fachpresse. Die Finger der Journalisten glühen unter der massiven Medienwirksamkeit einer nicht ganz so neuen Technologie. Selbst Barack Obama ließ es sich nicht nehmen bei seiner Neujahrsansprache von einer potentiellen Revolution in „der Art und Weise, wie wir fast alles tun“ zu sprechen. Und? was steckt hinter diesem Aufschrei? Drucker. Es geht um Drucker.

„Beam‘ mich hoch, Scotty!“ – Teleportation, Phaser, Überlichtgeschwindigkeit und allerhad andere technische Zukunftsmusik lässt sich aus der Science-Fiction Popkultur, allen voran Star Trek, in die Realität herbeisehnen. Da gibt es beispielsweise das Holodeck, das virtuelle Simulationen haptisch erfahrbar macht, oder den Replikator, der Nahrungsmittel auf Raumflügen mit einem Fingerschnipp aus Biomasse reproduzieren und zu einem vollwertigen Abendessen werden lassen kann. Aber Moment! Speziell hier hat die Gegenwart bereits aufgeschlossen.

Forscher an der Cornell University in den USA entwickeln momentan 3D Drucker um genießbare Mahlzeiten zu drucken. Das könnte eine Innovation in der bemannten Raumfahrt sein, um Missionen zum Mars zu erleichtern. Allerdings ist diese spezielle Technologie noch nicht ganz ausgereift, wobei das Problem nicht darin liegt, den üblichen Geschmack, sondern andere Komponenten wie Geruch und Konsistenz zu erzeugen. Um das ganze Paket genießbar zu machen, brauche es wohl noch fünf bis zehn Jahre, so die Forscher.

Sind wir mit dieser Technologie also auf dem Weg in eines der vielen Sci-Fi Szenarios? Wer klassische Zukunftsvisionen kennt, die die Jetztzeit illustrieren, weiß: Nein, sind wir nicht. Allerdings bietet der 3D Druck das Potential etliche Branchen, ganz zu schweigen von den Möglichkeiten in der privaten Nutzung, grundlegend zu verändern und damit Einfluss auf unzählige Arbeitsplätze zu nehmen. „Manche Berufe können sogar ganz verschwinden“, prognostiziert Jochen Hanselmann, Betreiber von 3dprintingblog.wordpress.com. Ist an Obamas Worten und der reißerischen Floskel „neue industrielle Revolution“ also was dran? Und woher kommt der plötzliche Hype?

Immerhin hat die Technologie schon über 20 Jahre auf dem Buckel. Die Automobilindustrie verwendete sie bereits in den 80ern unter dem Begriff Rapid Prototyping, einem Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen. Wo früher noch Modellbauer Konstrukte aus verschiedenen Materialien manuell fertigen mussten, war das Rapid Prototyping computergestützt und automatisiert. Diese Technik wurde über die Jahre kontinuierlich verbessert und die Grenzen zwischen Prototyp und Endprodukt verschwammen zusehends, bis kein Unterschied mehr festzustellen war. Die heutige 3D-Druck Technologie Rapid Manifacturing oder Additive Manifacturing war geboren. Seither wurden die Geräte erschwinglicher und die Einsatzgebiete breiter. Spätestens durch das OpenSource-Projekt RepRap, das seit 2008 kostengünstige 3D-Drucker-Bausätze anbietet, die sich selbst reproduzieren können, ist die Technik auch für Privatnutzer leistbar. Das Einsteigermodell kostet nur noch rund 500 Dollar.

Mit einer Software können 3D Modelle erstellt werden, die die Geräte schließlich verwirklichen. Mittels eines Schmelzverfahrens wird das Material, meist Kunststoff, in der Druckdüse des Druckers verflüssigt und Schichtweise auf eine Oberfläche aufgetragen. Auch mit Ton, Schokolade, Teig oder sogar Holz lassen sich Modelle erstellen. Deutlich teurer sind Geräte, die sich des Sinter-Verfahrens bedienen. Diese arbeiten mit Pulver, das durch Laser verklebt wird. Dadurch ist es möglich, mit Metallen oder Legierungen zu drucken. Klassische Geräte, die sich der Stereolithografie, deren Ursprung in den 80ern liegt, bedienen, härten flüssige Materialien durch Licht aus. Damit lässt sich zwar sehr detailreich drucken, die Ergebnisse sind jedoch vergleichsweise instabil. Diese Grundverfahren sind jedoch nur die Spitze des technischen Eisbergs. Die Palette an Spezialverfahren und verwertbaren Materialien wird immer größer und das Potential des 3D-Drucks scheint nur noch durch die Fantasie begrenzt zu sein.

Derzeit ist das World Wide Web überflutet von Artikeln rund um 3D-Drucker – Internetpräsenzen von renommierten Mainstream Magazinen, die Fachpresse und Blogs nehmen sich dem Thema an. Sie schwärmen in den höchsten Tönen, stellen die Quantensprünge des Rapid Manufacturing „teilweise zu rosig“ dar, findet Jochen Hanselmann. Aber die befremdlich wirkenden Dinge, die mit den Geräten möglich sind, wie das erwähnte Drucken von Nahrung, faszinieren die Leser. Dieser Hype bläst den Staub von der Technologie, die vorher von beruflicher Nutzbarkeit geprägt war und holt sie zurück ins Bewusstsein der Allgemeinheit. Denn einige essenzielle Patente im 3D Druck sind mittlerweile ausgelaufen. So war es RepRap möglich, kostengünstige Geräte zu entwickeln und zu vertreiben. Das machte es Tüftlern und nicht zuletzt der Industrie leichter, mit der Technologie zu arbeiten und manövrierte Unternehmen hinaus aus der Abhängigkeit von Dienstleistern um Prototypen und Modelle herzustellen.

Der Trend hängt jedoch nicht nur am Geld: Auch das wachsende Technikbewusstsein der Gesellschaft leistet seinen Beitrag. Heutzutage kann jeder problemlos 3D Modelle mit seinem Notebook erstellen und erste Modell-Apps haben es in die Shops der Smartphones und Tablets geschafft. Die Technik ist also theoretisch für Jedermann nutzbar. Die fertigen Druckdaten können dann über entsprechende Communities im Internet geteilt und verbreitet werden. Auch in sogenannten FabLabs kann sich jeder auf Anfrage 3D-Modelle mit Profi-Geräten drucken lassen. Die „Demokratisierung der Kreativität“, wie Cathy Lewis, Marketingleiterin von 3D Systems es nennt, steht aber noch aus. Die Idee: Der technikbegeisterte Familienvater entwirft ein 3D Modell oder lädt sich auf Community Webseiten wie www.thingiverse.com ein Fertiges herunter, das er durch sein 3D-Modelling Programm jagt und über den heimischen Drucker binnen weniger Minuten realisiert. Mal spendiert er der Tochter eine neue Smartphone-Hülle, mal dem Sohn eine neue Action-Figur, mal hat er eine Idee für eine kommerzielle Serienproduktion. Das Problem: Abgesehen von einem stundenlangen Druckprozess ist die Zielgruppe der breiten Masse noch nicht erschlossen, wodurch die Auswahl an herunterladbaren Fertigmodellen überschaubar bleibt. Komplexe 3D-Programme haben eine zu steile Lernkurve um flächendeckend nutzbar zu sein. Für die Entwickler solcher Anwendungen heißt das, sie müssen intuitive Bedienoberflächen und Vorlagen zur einfachen Nutzung konzipieren, was die Kreativität des Nutzers wiederum einschränkt. Ein zweischneidiges Schwert.

Anders in der Industrie. Dort hat das Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing bereits Einzug gehalten und wartet nur darauf, weitere Veränderungen mit sich zu bringen. Dienstleister wie Shapeways bieten Unternehmen schon lange den 33 d drucker 2D-Druck mit Profi-Geräten an. Auf diese Weise wurden Prototypen bestellt, die jedoch oft durch die Vertriebswege der Dienstleister bei Ankunft schon veraltet waren. Abhilfe schaffen Drucker von RepRap, die auf Leistbarkeit ausgelegt sind und es gerade Fertigungsunternehmen ermöglichen ihre Entwicklungszeiten zu verkürzen. Tatsächlich ist es auch möglich fertige Bauteile wie leichte Türscharniere für Airbus Langstreckenflieger oder Teile für Rennwagen zu drucken, statt aufwändige Gießverfahren benutzen zu müssen. „Da können Geometrien realisiert werden, die mit mechanischer Umformung gar nicht erzeugbar sind“, sagt Andreas Baader, Managing Partner der Unternehmensberatung Barkawi im Gespräch mit manager-magazin.de. Mit fertig druckbaren Ersatzteilen könnten Lagerbestände erheblich verkleinert werden oder ganze Versandwege wegfallen, was große Kosteneinsparungen bedeuten würde.

Fertig druckbare Ersatzteile soll es in Zukunft auch für den Menschen geben. Genauer gesagt schon in einigen Jahren: Es wäre das Ende des Organspende Problems, denn US-Forscher haben einen Drucker Prototypen entwickelt der Flüssigkeiten mit embryonalen Stammzellen verarbeitet, die in der Theorie zu allen menschlichen Organen heranwachsen können. Wobei andere Wissenschaftler der Universität Michigan bereits einem Säugling mittels gedrucktem Implantat das Leben gerettet haben. So vermag es der 3D Druck nicht nur Leben zu verändern, sondern sie auch zu retten.

Diese neue, alte Technik bietet die Chance, vieles in Bewegung zu setzen. Eine effizientere, anders strukturierte Wirtschaft zu schaffen, die Kreativität des Einzelnen zu beflügeln, die Forschung voran zu treiben. Wenn die Industrie in Zukunft stärker auf diese Technik setzt, werden jedoch Exportnationen wie Deutschland die möglichen Verlierer sein, da der Originalstandpunkt der Händler irrelevant wird und die digitalisierte Fassung der Erzeugnisse als einziges Qualitätskriterium bleibt. US-Wissenschaftler prognostizieren eine völlige Umstrukturierung der Arbeitsteilung in der globalisierten Wirtschaft. Nationen wie Deutschland werden die Entwicklungen früh erkennen müssen um die Weichen für einen großen Wandel stellen zu können. Der Privatnutzer der Technologie ist hier der eigentliche Gewinner, ist doch der Vorstellungskraft schier keine Grenzen gesetzt. Jeder könne Produzent werden, und mehr individuelle Produkte würden nachgefragt werden, sagt Jochen Hanselmann. Wobei einige Berufe gänzlich verschwinden, andere, wie das 3D Design, boomen können. Die Schattenseite unbegrenzter kreativer Möglichkeiten zeigte sich allerdings mit dem Druck von funktionalen Waffen in den USA und deren Verbreitung im Netz – was zum Teil der lockeren Waffenpolitik in den Vereinigten Staaten geschuldet ist. Hier sind die Stellschrauben nicht in der Technologie selbst zu suchen.

Was vor 20 Jahren noch niemand hätte ahnen können: Die völlige Veränderung der modernen Welt durch das Internet bis heute. „Das setzt sich doch niemals durch!“ hört man die imaginären Stimmen aus der Vergangenheit schimpfen, wie schon beim Fernsehen Jahrzehnte zuvor. Und wer weiß, vielleicht sitzen wir in 30 Jahren, mit einer gedruckten Niere in einem aus gedruckten Ziegeln gebauten Haus (ja auch hier gibt es bereits Ansätze), greifen in einen Topf mit Biomasse, speisen sie in einen frisch gedruckten Drucker ein und genießen anschließend eine gedruckte Pizza. Im Fernsehen gibt es die neuesten technischen Trends zu sehen – man spricht von einer neuen technischen Revolution. Kopfschüttelnd wundern wir uns über die zunächst unglaublich klingenden Fakten, tun die Prognosen als zu hoch gegriffen ab: „Das setzt sich doch niemals durch!“

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