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Die Digitalisierung ist Dreidimensional

Ein 3D-Drucker ist eigentlich ein recht simples Konzept: eine Maschine, die anhand eines vorgegebenen Plans aus einem Rohmaterial Objekte erzeugt. Die Entwicklung solcher Geräte (obwohl schon in den 70ern begonnen) gestaltete sich aber deutlich schwieriger, weshalb erst in den letzten Jahren erschwingliche und leistungsfähige Modelle auf den Markt kamen.

Diese neue Druckergeneration wurde auch direkt von einer großen Gruppe von Enthusiasten wärmstens aufgenommen. Die “Baupläne” für verschiedene Gegenstände – meistens unterhaltsamer Natur oder vom Entdeckungsgeist der Entwickler angespornt – wurden dabei fleißig geteilt und erprobt. Die noch junge Szene hatte durch das Ausdrucken funktionsfähiger Waffen schnell ihren ersten Skandal, der den Ruf nachhaltig beschädigte.

Im professionellen Bereich ging die Adaption wesentlich langsamer vonstatten, obwohl die Möglichkeiten hier von Beginn an weitreichender waren: durch die Flexibilität, mit der ein 3D-Drucker die verschiedensten Objekte erzeugen kann, hat die Technologie ein für viele Wirtschaftsfelder großes Disruptionspotenzial. Gehemmt durch hohe Kosten (u. a. Patente), langsame Druckgeschwindigkeiten und Materialprobleme geht die große Revolution aber in eher gemächlichem Tempo voran.

Im Rahmen der allgegenwärtigen Digitalisierung ändern 3D-Drucker gerade unser komplettes Verständnis von Produktion und persönlichem Konsum. Zwar geht der Entwicklungsprozess langsamer von statten, als der initiale Hype es erhoffen lies und die Akzeptanz ist weiterhin in erster Linie auf einige wenige Pionierunternehmen beschränkt; Die Möglichkeiten des 3D-Drucks scheinen jedoch endlos.

Definition Digitalisierung

Unter Digitalisierung versteht man, ganz nüchtern betrachtet, lediglich das Übertragen von ehemals analogen Vorgängen hin zu Digitalen. Auch wenn uns dieser und ähnliche Begriffe aktuell verstärkt begegnen, handelt es sich dabei doch um einen sehr alten und einfachen Prozess, denn fast jede Form von Digitalisierung wird mit Effizienzsteigerungen, Kostensenkungen und neuen, bisher ungekannten Möglichkeiten belohnt. Kein Wunder also, dass wir Menschen schon immer sehr an ihr interessiert waren.

Durch den immer schneller werdenden technischen Fortschritt und die wechselseitige Unterstützung (neue Technologien ermöglichen neue Technologien ermöglichen neue Technologien …) gewann die Digitalisierung in den letzten Jahren derart an Geschwindigkeit, dass sie mittlerweile in alle Bereiche unseres Lebens eingedrungen und von dort nicht mehr wegzudenken ist. Diese Digitale Transformation ist ein technologischer, soziokultureller, wirtschaftlicher und intellektueller Prozess, der gigantische Umwälzungen mit sich bringt.

Insbesondere für Unternehmen entstehen durch die Digitale Transformation bisher ungeahnte Möglichkeiten – sie lauert jedoch auch mit erheblichen Gefahren auf!

Definition 3D-Druck

Auch als Additive Fertigung bezeichnet, ist der 3D-Druck ein Verfahren, bei dem in der Regel verschiedene Ebenen Material (meistens Kunststoffe, aber auch andere Komponenten sind möglich) übereinander geschichtet werden, um dreidimensionale Objekte zu erzeugen.

Das Rohmaterial wird hierzu durch Erhitzen verflüssigt und mittels feiner Düsen an den passenden Punkt aufgetragen. Andere Systeme, etwa auf Basis spezieller Pulver, stehen zwar ebenso zur Verfügung, kommen jedoch deutlich seltener zum Einsatz.

Sind alle notwendigen Schichten des gewünschten Objekts auf erstellt worden, ist meist noch eine Finalisierung in Form von Reinigung und dem Abschleifen der Kanten erforderlich. Je nach verwendeter Substanz können auf diese Weise unterschiedlichste Gegenstände erzeugt werden.

Zum Druck wird jeweils ein digitales 3D-Model oder ein CAD Model benötigt. Da auch die technische und softwareseitige Handhabung der Geräte noch alles andere als einfach ist, bleibt der Betrieb von 3D-Druckern ein recht aufwendiges Feld.

Marktüberblick 3D Druck

Der Markt für 3D-Drucker ist überraschend scharf unterteilt: im Preissegment um die 1000€ finden sich Produkte für den Privatanwender, deren Einsatz meist auf Dekoration (der am meisten verbreitete Bauplan ist eine Plastikfigur von Keanu Reeves) oder einfachste Funktionsgegenstände beschränkt ist. Einstiegsmodelle um 300 € sind verfügbar, leiden aber unter geringer Druckauflösung und anderen Einschränkungen. Geräte für private Endverbraucher bieten lediglich die Verarbeitung einfacher Kunststoffe, was zwar die Einsatzmöglichkeiten begrenzt, aber immerhin vergleichsweise geringe Materialkosten ermöglicht.

Im professionellen Segment steigen die Anschaffungskosten schnell in die hunderttausende Euro, bieten aber dementsprechend deutlich mehr Optionen. So ist der Druck mit stabileren Materialien, einschließlich Metallen, möglich. Aufgrund der schieren Größe der Geräte sowie der enormen Hitze, die in ihnen entsteht, sind sie für die Verwendung außerhalb von Industrieanlagen mit entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen kaum geeignet.

Bedingt durch anhängige Patente sind die Kosten für Drucker oftmals astronomisch. Auch die Preise für Rohmaterialien und Energiekosten können erheblich sein. Einzelne Unternehmen erzielen jedoch bereits heute nur durch 3D-Druck langfristige wirtschaftliche Erfolge, während das Verfahren in anderen Wirtschaftsbereichen zur Unterstützung oder Erweiterung des Geschäftsmodells eingesetzt wird.

Einsatzmöglichkeiten für Unternehmen

Die Potenziale des 3D-Drucks sind äußerst weitreichend, lassen sich aber in zwei grobe Kategorien einteilen: 1. ist dies die Produktion bekannter Gegenstände auf eine neue, vorteilhafte Weise und 2. das Erzeugen neuer Objekte, die mit bisherigen Mitteln nicht hergestellt werden konnten

Verbesserte Produktion

Das tatsächliche Potenzial des 3D-Drucks wurde vielen erst durch die mediale Aufmerksamkeit bewusst, die Amazon in Fachkreisen aufgrund eines speziellen Patents erhielt: die Verwendung von 3D-Druckern in Lieferfahrzeugen, die das bestellte Produkt während der Fahrt ausdrucken und bei Ankunft noch druckwarm dem Kunden übergeben sollen. Über diese konkrete Idee blieb es seither zwar auffallend still (bis zur tatsächlichen Marktreife wird wohl noch einige Zeit ins Land gehen), das Interesse eines globalen Giganten wie Amazon demonstrierte jedoch, wie ernst die Technologie zu nehmen ist.

Auch das Bauunternehmen, dass keine Materialien mehr lagern und mit großem Aufwand transportieren muss, bevor sie verbaut werden können, da ein 3D-Drucker auf der Baustelle die Teile vor Ort erzeugt, ist ein gern genanntes Beispiel für kommende Anwendungsfälle.

So könnten mit diesem Konzept der “mobilen Fabrik” auch Druckerzeugnisse in schwer zugängliche Gegenden gebracht werden (z. B. Entwicklungsländer mit schlechter Infrastruktur), der Klempner beim Kundentermin das benötigte Rohrteil in seinem Van ausdrucken oder der Pannendienst die rettende Zündkerze am Straßenrand produzieren.

All diese Beispiele fallen unter die Kategorie “bessere Produktion”, da sie durch höhere Flexibilität, Geschwindigkeit und sinkende Aufwände für Transport unseren bisherigen Produktionsmethoden (Produktion an Ort A, Transport durch Ort B zum Einsatz an Ort C) überlegen sind.
Insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie kommen 3D-Drucker aus oben genannten Punkten bereits heute zum Einsatz und helfen, wichtige Bauteile ohne lange Lieferketten bei Bedarf direkt vor Ort zu erzeugen.

Neue Produkte

Die zweite Hauptkategorie von interessanten Anwendungsfällen ist das Erzeugen von Produkten, die ohne 3D-Druck nicht oder nur mit größtem Aufwand herzustellen wären. Insbesondere in der Medizin finden sich hier viele Einsatzmöglichkeiten: die Produktion von Gewebe- und Organteilen durch die Verwendung lebender Zellen anstelle von flüssigem Kunststoff ist ein außergewöhnliches Beispiel, da die daraus entstehenden Behandlungsmöglichkeiten ohne 3D-Druck schlicht nicht möglich wären. Neben der Verwendung für Labortests konnten auch schon erste reale Erfolge für Patienten erzielt werden.

Vollstände Organe für Transplantationen sind eines der ehrgeizigen Ziele – und nicht komplett unrealistisch. Auch von personalisierten Prothesen profitieren viele Patienten, insbesondere Menschen ohne bisherigen Zugang zu den teuren und aufwendig produzierten künstlichen Körperteilen.

Zuletzt sollen auch noch neue Materialien und insbesondere Verbundstoffe erwähnt werden, die nur im 3D-Druck entstehen können: durch den schichtweisen Aufbau der Druckerzeugnisse ist zum Beispiel die Produktion von Bauteilen möglich, die dank tausender kleinster Lufteinschlüsse beste Ergebnisse in der Wärmeisolation erzielen. Auch auf diese Weise erstellte Metall/Kunststoff Verbundstoffe wären ohne die neue Technologie schlicht unmöglich.

Nachteile

Der Einsatz von 3D-Druckern ist nach wie vor mit hohen Aufwänden verbunden. So ist sind nicht nur die Anforderungen an das technische Know-How des Anwenders enorm, auch die Kosten sind erheblich. Neben den Ausgaben für das Rohmaterial, welche sichv – zumindest beim Kunststoff-Druck – in Grenzen hält, benötigen die Geräte enorme Mengen Elektrizität. Ein Problem, welches durch den noch sehr hohen Zeitaufwand für den Druck verstärkt wird.
So kann die Produktion selbst kleiner Gegenstände mehrere Stunden dauern und währenddessen die Stromkosten in die Höhe treiben.

Auch Umwelt- und Gesundheitsschäden sowie Gefahren durch die hohen Temperaturen, die beim Druck entstehen, sind zu beachten.

Fazit 3D-Druck

Vor der Entscheidung für die Anschaffung oder den Einsatz eines 3D-Druckers sollten daher alle Aspekte sorgsam abgewogen und die Wirtschaftlichkeit genauestens betrachtet werden. So kann die Technologie erfolgreich neue Geschäftsfelder erschließen, in der Produktentwicklung Einsatz finden oder als “Plan B” Ausfälle vermeiden. Durch die hohen Aufwände ist die großflächige Verwendung – in der Massenproduktion etwa – hingegen meist noch nicht rentabel.