3D-Druck-Anwendungen: Neue Fertigungsmethoden für neue Produkte

• 3D-Druck kann zur Fertigung kostengünstiger Prototypen eingesetzt werden, wenn digitale Konstruktionsdaten vorliegen.
• Verschiedene Branchen profitieren von 3D-Druck-Anwendungen, vom Maschinen-Ersatzteil bis hin zur Zahnprothese.
• Die 3D-Drucker der Zukunft sollen menschliches Gewebe und sogar ganze Organe drucken können.

Als die ersten Hersteller 3D-Drucker präsentierten, wurden die Geräte zunächst als Spielerei abgetan: Vielen potenziellen Nutzern fehlte die Fantasie für kommerziell nützliche 3D-Druck-Anwendungen. Selbst im Profi-Bereich konnte sich die neue Technologie anfangs nicht durchsetzen. Das hat sich inzwischen geändert, wie die folgenden Anwendungsbeispiele zeigen.

Neben Privatleuten setzen inzwischen auch viele Startups, KMU oder Großunternehmen 3D-Drucker ein. Die Anwendungsgebiete reichen vom Ersatzteildruck bis zur Herstellung von Medizinprodukten. Einige dieser interessanten 3D-Druck-Anwendungen haben wir hier zusammengestellt.

3D-Druck ist konventionellen Produktionsverfahren überlegen

Mit 3D-Druck-Anwendungen werden aus digitalen Daten real existierende, also greifbare Produkte. Und das auf Knopfdruck. Im industriellen Bereich sprechen Experten dann von der „additiven Fertigung”.

In konventionellen Produktionsverfahren bekommen Gegenstände ihre spätere Form in der Regel durch das Abtragen von Material – etwa durch schleifen, sägen oder drechseln. Beim 3D-Druck wird dagegen eine Schicht nach der anderen aufgetragen. Dieses Verfahren senkt den Materialverbrauch erheblich. Auch gegenüber Gussverfahren hat der 3D-Druck Vorteile: Der Ausschuss ist viel geringer. Gussteile mit Lufteinschlüssen beispielsweise sind nach der Herstellung meist unbrauchbar – ein Problem, das bei der additiven Fertigung verfahrensbedingt gar nicht erst auftreten kann.

Neben der Produktion setzen vor allem Entwicklungsabteilungen verstärkt auf 3D-Druck-Anwendungen, beispielsweise im Prototypenbau. Am Computer entwickelte Bauteile lassen sich schnell ausdrucken und müssen nicht in mühsamer Handarbeit mit teuren Spezialwerkzeugen nachgebaut werden – schließlich liegen alle digitalen Daten schon vor. Änderungen können die Entwicklungsingenieure ebenfalls sofort umsetzen und deren Auswirkungen auf Prüfständen testen.

Ein weiterer Vorteil: Moderne Hightech-3D-Drucker können verschiedene Materialien in nur einem Druckvorgang verarbeiten. Das verschafft den Entwicklern in Bezug auf Gewicht, Festigkeit und Komplexität der Druckerzeugnisse völlig neue Möglichkeiten.

Vom Autoersatzteil bis zum Zahn: So vielseitig sind 3D-Druck-Anwendungen

Dem Einsatz von Gegenständen aus dem 3D-Drucker sind kaum Grenzen gesetzt: Geräte für industrielle Anwendungen können Elemente für Fertighäuser drucken, andere können winzige Metallstücke oder sogar Medikamente in der gewünschten Form oder Zusammensetzung fertigen.

Maschinenbau: Losgröße „Eins” wird Realität

Eine Branche, die von 3D-Druck-Anwendungen enorm profitiert, ist der Maschinenbau. Gerade die Fertigung von speziellen Bauteilen und Werkzeugen ist bisher mitunter technisch herausfordernd, zeitaufwendig und somit teuer. 

Digital gesteuerter 3D-Druck ermöglicht es Unternehmen, selbst Kleinserien sehr schnell und kosteneffizient zu produzieren. Außerdem können Produkte gefertigt werden, für die bei einer konventionellen Fertigung teure Formen hergestellt oder angeschafft werden mussten. Das Stichwort hier lautet „Losgröße Eins”.

Video: YouTube / MD.TV

Architektur: Haptische Modelle und ganze Häuser aus dem Drucker

Nicht zuletzt bringen 3D-Druck-Anwendungen in kreativen Berufsfeldern einen erheblichen Zeitvorsprung, beispielsweise in Architekturbüros. Viele Kunden geben sich nicht mit reinen CAD-Gebäude-Konstruktionen auf dem Rechner zufrieden. Für diese Zwecke fertigen Architekten mitunter sehr aufwändige Modelle in Handarbeit an. 

Hier bringen 3D-Drucker enorme Zeit- und Kostenvorteile: Mit den digitalen Daten wird einfach ein fertiges Modell ausgedruckt – in vielen Fällen ist dieses sogar detailreicher, als wenn das gleiche Objekt per Hand nachgebaut werden würde. Einige Firmen drucken inzwischen ganze Häuser im 3D-Druckverfahren.

Konsumgüter: Individuelle Produkte aus der Massenfertigung

In der Konsumgüterindustrie finden sich ebenfalls spannende Anwendungsbeispiele für die additive Fertigung. So ermöglichen erst 3D-Drucker eine individuelle Anpassung von Massengütern, die sonst per Spritzgussverfahren hergestellt werden. 

Raum für individuelle Wünsche der Kunden bietet die konventionelle Massenfertigung nämlich bislang nicht. 3D-Drucker bringen hier die entscheidende Änderung: So kann beispielsweise der Hersteller eines Sportschuhs die Schuhsohle passgenau für den Kunden ausdrucken und in einem Schuh verbauen.

Lebensmittelbranche: Sogar Essbares lässt sich drucken

Dagegen stecken 3D-Druck-Anwendungen in der Lebensmittelindustrie noch weitgehend in der Entwicklungsphase. Bereits auf dem Markt sind ausgedruckte und dabei essbare Logos, oder filigrane Zuckerornamente für Torten. Bald sollen sogar ganze Gerichte mithilfe eines 3D-Druckers entstehen. Eine große Fast-Food-Kette plant etwa, künftig einen Teil ihrer Hühnchen-Snacks mithilfe von 3D-Druckern herzustellen.

Luft- und Raumfahrt: Gewicht und Kosten senken

Viel weiter sind die Einsatzmöglichkeiten in der Luft- und Raumfahrt. Hier ermöglichen 3D-Druck-Anwendungen besonders steife Leichtbaukonstruktionen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren einfach nicht möglich sind. Unternehmen setzen 3D-Drucker auch bereits für die Bauteilproduktion von Drohnen und autonom agierenden Weltraumrobotern ein.

Die 3D-Drucker der Zukunft: Forscher wollen menschliches Gewebe drucken

Die hohe Designfreiheit bei der additiven Fertigung erlaubt auch in der Medizin personalisierte und individuelle Hilfsmittel und Produkte. Das reicht von Prothesen wie künstlichen Kniegelenken und Zahnersatz bis zu individualisierten anatomischen Modellen, an denen Ärzteteams eine komplizierte Operation trainieren können.

Durch ein Lungengewebe-Modell, das im additiven Verfahren gefertigt wird, können Forscher beispielsweise exakter bestimmen, wie COVID-19-Viren im Körper wirken. Der Hersteller Carbon 3D hat zusammen mit US-amerikanischen Universitäten einen Chemo-Filter entwickelt, der überschüssige Medikamente entfernt und so die Beschädigung gesunden Gewebes verhindert. Diesen Filter druckt Carbon 3D individuell für jeden Patienten angepasst aus.

Selbst für die Herstellung von individuell zusammengestellten Pharmazeutika stehen spezielle 3D-Druck-Anwendungen zur Verfügung. Bereits 2015 kam mit Spritam, einem Medikament zur Behandlung von Epilepsie, die erste maßgeschneiderte Pille auf den Markt. Sie ermöglichte für jeden Patienten eine individuelle, speziell auf ihn abgestimmte Dosis.

Video: YouTube / tagesschau

Forscher arbeiten bereits an der additiven Produktion von Organen und Organteilen. Herz, Leber und andere Organe können dann aus DNA-Stammzellen nachgebildet werden. Wartelisten für Transplantationen gehören dann möglicherweise der Vergangenheit an. Bis dahin ist es allerdings noch ein langer Weg.

Haben Sie in Ihrem Unternehmen ebenfalls schon Erfahrungen mit 3D-Druck-Anwendungen gemacht? Welches Fazit ziehen Sie? Wir freuen uns auf Ihren Kommentar.