Appetit auf Technik: Schokolade aus dem Drucker

Von: Rolf Obertreis, Thorsten Karbach und Bernd Röder
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Die Entwicklung schreitet voran: An der Fachhochschule Aachen wird deutlich, wie sich 3D-Drucker entwickelt haben und welche Möglichkeiten die individuellen Konstruktionen bieten. Foto: Andreas Steindl
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Hightech-Archäologie: Mittels 3D-Druck kann auch Metall verarbeitet werden. Am Ende holen die Wissenschaftler den Pinsel raus und legen die geschaffenen Bauteile frei. Foto: Andreas Steindl
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Auch die Teile dieser Kamera sind im 3D-Druck-Verfahren entstanden.
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Voll beweglich: ein Miniaturmotorblock aus dem 3D-Drucker.
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Grenzen der Technik: Für den Einsatz im Auto müsste diese Welle aus Stahl sein.

Aachen/Berlin. Mit Gutenbergs Druckerpresse hat das eigentlich nichts zu tun. Ein Laserstrahl saust in dem Metallschrank hinter einem Sichtfenster über eine Platte. Wo er auftrifft, schlagen Funken. Der aufgetragene Metallstaub schmilzt, verbindet sich mit der Schicht darunter. Die Maschine, in der dies geschieht, wird dennoch Drucker genannt, genauer 3D-Drucker.

Es ist eine Laserstrahl-Schmelzanlage in einem Backsteingebäude von Siemens im Westen Berlins. Was in dem Labor Schicht für Schicht in Tausenden Schritten mikrometerweise als Werkstück entsteht, wird mitunter wenig später im nur vier Kilometer entfernten Werk in Moabit in riesige Gasturbinen eingebaut, die dann in Kraftwerken auf der ganzen Welt Strom und Wärme erzeugen.

Das kann zum Beispiel ein Brennerkopf sein oder eine Zerstäuberdüse. Diese Teile wurden bisher gegossen, was aufwendig ist und mit Vorbereitung der Passform viele Wochen dauert. Die Lasermaschine schafft das bei kleinen Teilen in 48 Stunden. Es gab eine lange Anlaufzeit, doch nun scheint die Verfahrenstechnik nicht nur bei Kunststoffen, sondern auch bei Metallen auf dem Vormarsch.

25 Jahre ist die Technik mittlerweile alt. Das erste Patent wurde schon 1986 angemeldet. Doch 1989 war es dann, als die ersten viel versprechenden 3D-Drucker in der US-Industrie eingesetzt wurden. Kaum ein Jahr später stand der erste bei der Fachhochschule Aachen, einer der ersten überhaupt in Europa. „So neu ist die ganze Technik also nicht“, sagt Professor Andreas Gebhardt von der FH Aachen. Aber jetzt ist sie in aller Munde.

In den Laboren der FH an der Goethestraße ist die Entwicklung offensichtlich. Da stehen Maschinen aus den Anfangsjahren und ein nagelneues Modell, mit dem Metallpulver Schicht für Schicht geformt wird – am Ende werden die fertigen Produkte mit dem Pinsel freigelegt. Hightech-Archäologie sozusagen. Der Weg dahin war ein langer: Es ging anfangs nur mühsam voran. Die ersten Maschinen kosteten durch die Bank 350.000 bis 500.000 Euro und erforderten hoch spezialisierte Bediener. Heute gibt es Einstiegsmodelle für einen Bruchteil dieses Preises.

Anfangs konnten sich nur große Unternehmen die Investitionen leisten. „Jetzt nutzt jede halbwegs bekannte Firma mit einer eigenen Entwicklungsabteilung diese Technik“, berichtet der FH-Experte. Nischen wurden ausgefüllt, als die Maschinen kleiner wurden, die ersten sogenannten Fabber (Fabricator) entwickelt wurden, nahm die Ausbreitung Fahrt auf. Drei Achsen, eine beheizte Düse wie bei einer Heißklebepistole, dazu die Datensätze – daraus ließen sich vor allem an den Hochschulen die Fabber montieren.

Neue Firmen sprießen

Und jetzt? 1200 Euro kosten die kleinsten 3D-Drucker, eine Million die teuerste Maschine, die auf der Euromold, der weltgrößten Messe für Werkzeug- und Formenbau, Design und Produktentwicklung in Frankfurt gezeigt wurde. Es gibt auch noch billigere Modelle – auch als Bausätze. Die Messe dokumentiert: 3D-Drucker sind gefragt, in der Industrie, bei Architekten, Produktentwicklern, aber auch bei Privatanwendern.

Neue Firmen sprießen auch in Deutschland aus dem Boden, die Kurse der Aktien börsennotierter Hersteller schießen nach oben. Immer mehr Start-ups und neue Unternehmen drängen auf den Markt. Jonas Kühling ist geradezu begeistert. „Die Geschäfte laufen prima.“ Zusammen mit seinem Bruder hat der studierte Mechatroniker im Frühjahr 2013 mit eigenem Geld und der Unterstützung der örtlichen Sparkasse die Firma Kühling & Kühling gegründet. Die Auftragslage ist so gut, dass mittlerweile rund 20 Mitarbeiter beschäftigt werden.

Kunststoff, Keramik, Metalle

Angefangen hat alles mit Kunststoff, der recht einfach flüssig verarbeitet werden kann. Doch mittlerweile können 3D-Drucker auch Keramik oder Metalle formen. An der FH Aachen gibt es sogar Erfahrungen mit dem sehr schwer zu verarbeitenden Silber, die sich tatsächlich sehen lassen können: Es sind kleine Modelle der Nofretete, Resultat eines Projektes mit dem Ägyptischen Museum in Berlin.

„Wir können mittlerweile davon ausgehen, dass wir mit dem Verfahren grundsätzlich alle Werkstoffe verarbeitet bekommen“, erklärt Gebhardt. Er sagt aber auch: „Die Metallverarbeitung hat natürlich knapp 2000 Jahre Vorsprung.“ Aber die 3D-Druck-Technik holt in Rekordgeschwindigkeit auf. Auch oder gerade weil mit ihr eine Generation betraut ist, die sich in internetbasierten Blogs permanent austauscht und somit die Forschung weltweit vorantreibt. „So konnte in kurzer Zeit ein richtiger Hype entstehen. Es vergeht fast kein Tag ohne Fortschritt.

Die Resultate sorgen auch bei meinen Studierenden für einen enormen Antrieb – weit mehr als dies Noten können. Sie machen ja auch mehr Spaß“, sagt der Professor mit dem Lehrgebiet Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik. Auch für die Arbeit mit Schülern sei es ein ideales Feld. In den USA sollen im Laufe des Jahres alle öffentlichen Schulen mit 3D-Druckern ausgestattet werden. Bei „3D Systems“ spielte auf der Euromold eine Band: Gitarre, Schlagzeug und Keyboard waren gedruckt. Sowas kommt an.

Doch 3D-Druck ist weit mehr als Spielerei: Wenn ein Kamerahersteller als Vorführmodell einen einzelnen Objektivdeckel herstellen will, dann bräuchte er eigentlich ein spezielles Werkzeug, in das er – schätzungsweise – zwölf Wochen und 18.000 Euro investieren müsste. Mit dem 3D-Drucker können Zeit und Geld gespart werden. „Ich kann ein Vorführmodell werkzeuglos produzieren“, erklärt Gebhardt. Das ist eine Chance für die Hersteller. Der Markt für die Geräte wächst rapide: 2009 lag er Branchenstudien zufolge weltweit bei einer Milliarde Dollar, 2012 sollen es zwei Milliarden gewesen sein.

Bis spätestens 2018 soll er sich auf acht Milliarden Euro vervierfachen. 2012 wurden angeblich 8000 Industriedrucker für Preise von bis zu 1,5 Millionen Dollar verkauft. Daneben sollen 35 500 (24 300 im Jahr zuvor) Geräte für Privatanwender und Kleinunternehmer abgesetzt worden sein. „3D Systems“ etwa hat 2012 rund 350 Millionen Dollar umgesetzt, wird an der Börse aber mit stolzen acht Milliarden Dollar bewertet. Der Kurs ist binnen zwölf Monaten um 175 Prozent gestiegen.

Letztlich haben sich zwei Linien in der Welt der 3D-Drucker herausgebildet: die industrielle, hoch spezialisierte und die private von Liebhabern, die gerne Geld in Technik investieren. Die Automobilbranche mit ihrem Entwicklungstempo, die Luft- und Raumfahrt, in der Triebwerke in kleinen Stückzahlen produziert werden oder die Medizin haben längst die Chancen der 3D-Drucker erkannt. Vieles ist denkbar. Zähne, Implantate und Hörgeräteschalen werden bereits mit dieser Technik produziert.

Es gibt weder Küchenmaschinen noch Automobile ohne Kunststoffteile, die sich drucken ließen. Für alles, was individualisiert werden kann oder muss, sehen die Experten Märkte. Medikamente ließen sich speziell für einen Patienten zusammensetzen oder sogar direkt ins 3D-gedruckte Essen mischen. Nicolas Vortmeyer, Technologiechef der Siemens-Sparte Fossile Energieerzeugung, ist überzeugt: „In zehn Jahren wird das Laserschmelzen ein selbstverständlicher Teil des Maschinenbaus sein.“ Der italienische Lebensmittelkonzern Barilla will Geräte an Restaurants verkaufen, die auf Knopfdruck Nudeln in Wunschform erzeugen.

An der FH Aachen wurden Schokolade und Gummibärchen gedruckt. In Berlin gibt es den Laden Botspot. Dort können Menschen, Tiere und Gegenstände dreidimensional eingescannt werden und mit den Daten wird per 3D-Drucker eine Miniatur gefertigt. „Wir haben eine unglaubliche Entwicklungsdynamik, die noch am Anfang steht“, sagt Gebhardt – auch wenn längst nicht alles gelingt. Im Internet werden Datensätze ausgetauscht oder verkauft, um neue Produkte zu drucken – Obstschalen wie Lampenschirme. Oder Brillengestelle. Gleichzeitig entstehen dezentrale Produktionsabläufe. Produziert werden kann anhand der Daten überall da, wo ein passender 3D-Drucker steht. Den defekten Teekannengriff könnte der Verbraucher theoretisch zuhause nachproduzieren.

Doch es gibt eben auch klare Grenzen. Nägel oder Joghurtbecher werden gewiss weiterhin herkömmlich hergestellt. „Es wird immer Massenprodukte geben, die mit Werkzeugen in hohen Stückzahlen in hoher Qualität hergestellt werden“, erläutert Gebhardt. Es sei denn, der Nagel erhält eine individuelle Gestaltung des Kopfes…

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