Schicht für Schicht

Sind 3D-Drucker reif für den Mittelstand?

War der großformatige 3D-Druck bislang eher ein Thema für Konzerne, wird das Interesse an entsprechenden Druckern nun auch im Mittelstand deutlich größer. Doch wie reif ist die Technologie nach heutigem Stand und lohnt sie sich zukünftig für Massenproduktionen?

  • Thomas Haep, Canon Deutschland

    „Primäre Zielgruppe für den 3D-Druck ist die herstellende Industrie“, betont Thomas Haep, Director Wide Format bei Canon Deutschland.

  • René Gurka, Bigrep

    „Der 3D-Druck wird als Schlüssel-industrie des 21. Jahrhunderts die globalen Lieferketten und Herstellungsprozesse nachhaltig verändern, und speziell der großformatige 3D-Druck bietet viele Möglichkeiten und Potentiale für die Digitalisierung der Wirtschaft.“ René Gurka, Bigrep

  • Moritz Mair, 3Dator

    „Die Produkte am Markt sind entweder günstig und benutzerunfreundlich oder sehr teuer und einfach in der Bedienung. Einfach zu verwendende 3D-Drucker, bei denen jeder Druck gut funktioniert, fehlen noch.“ Moritz Mair, 3Dator

  • Michael Pittner, Siewert & Kau

    „Es fehlt noch an standardisierten Dateiformaten. Derzeit dient meistens ‚.stl‘ als Dateiformat, welches ursprünglich nicht für den 3D-Druck konzipiert wurde, sondern für die Darstellung von Oberflächen mittels zusammengesetzter Dreiecke.“ Michael Pittner, Siewert & Kau

  • Florian Reichle, Trinckle 3D

    „Ich bin mir sicher, dass wir erst am Anfang der Möglichkeiten der 3D-Drucktechnologie stehen. Mit einem wachsenden Bewusstsein und dem Fort-schritt der Technologie wird in fast allen Branchen ein Nutzen durch 3D-Druck möglich sein.“ Florian Reichle, Trinckle 3D

  • Michael Sorkin, Formlabs

    „Auf der einen Seite gibt es heutzutage hunderte verschiedener Modelle an FDM-Druckern, die für Hobbyisten, Bastler und Schulen geeignet sind. Auf der anderen Seite stehen die alten, großen und teuren industriellen 3D-Drucker, die seit über 20 Jahren auf dem Markt sind.“ Michael Sorkin, Formlabs

  • Uwe Popp, Indmatec

    „Die schnelle, kostengünstige Herstellung von Werkzeugen oder Ersatzteilen, die Lagerkosten und Logistik spart, wird neben den hohen Individualisierungsmöglichkeiten von Produkten die Hauptrolle des 3D-Drucks in der Zunkunft sein.“ Uwe Popp, Indmatec

  • Caecilie von Teichman, iGo3D

    „Der erste Hype ist vorbei und die Ansprüche der Nutzer sind gestiegen. Dieses Jahr wird der 3D-Druck erwachsen. Hersteller, die nicht mit ihren Nutzern mitwachsen, werden vom Markt verschwinden.“ Caecilie von Teichman, iGo3D

Noch vor nicht allzu langer Zeit war vielen mittelständischen Unternehmen der Zugang zu 3D-Druckern gewissermaßen verwehrt. Der hohe Preis der Geräte – oft über 100.000 Euro – wirkte abschreckend. Auch die vermeintlich komplizierte Bedienung sowie der Wartungsaufwand der Geräte hielten Mittelständler bisher davon ab, sich einen 3D-Drucker zuzulegen. „Viele scheuen die Einführung der neuen Technologie, weil sie annehmen, 3D-Druck sei zu komplex und vor allem zu kostenintensiv“, bestätigt Michael Pittner, Purchase Manager bei der Siewert & Kau Computertechnik GmbH.

Kleinere Unternehmen können sich nun einmal einen 3D-Drucker, der sich preislich im fünfstelligen Bereich und höher bewegt, nicht leisten. Wenn sie sich dann beispielsweise einen Do-it-Yourself-3D-Drucker zulegen, der zwar deutlich günstiger, aber eigentlich eher für Hobbyisten bzw. Bastler gedacht ist, sind die Unternehmen von der groben Oberflächenbeschaffenheit der gedruckten Objekte sowie dem Mangel an Druckdetails oft frustriert.

Ein weiterer Punkt, der bisher viele vor einer Investition in 3D-Technologie zurückschrecken lässt, „ist der Mangel an Standards für 3D-Drucker“, weiß Michael Sorkin, Geschäftsführer des europäischen Zweiges von Formlabs. Die Informationslage im Internet ist schließlich so unübersichtlich, dass viel Mittelständler verwirrt sind, was sie von einem 3D-Drucker alles erwarten können. Dies lähmt den Entscheidungsprozess. „Wir müssen diesen Leuten helfen und Standards formulieren, die ihnen als Orientierungshilfe dienen können“, fordert Sorkin.

Neue Möglichkeiten dank 3D-Druck

Es lohnt sich, die Fühler nach 3D-Technologie auszustrecken, denn auch Mittelständlern eröffnen sie viele Möglichkeiten. Mit ihr lassen sich komplexe Geometrien und materialsparende innere Strukturen erzeugen. Die Einsatzbereiche erstrecken sich von der Fertigungsindustrie, über die Kleidungsindustrie, Schmuck- und Dentalbranche bis hin zur Architektur und in die Kunstszene hinein.

„Primäre Zielgruppe für den 3D-Druck ist die herstellende Industrie“, betont Thomas Haep, Director Wide Format bei Canon Deutschland. Er lasse sich z.B. einsetzen, um durch schnelles Prototyping Entwicklungszeiten zu verkürzen oder um durch individuelle Fertigung eine Differenzierung gegenüber dem Wettbewerb zu erzielen. Inzwischen würden immer mehr Industrieunternehmen ergänzend zu traditionellen Fertigungsmethoden auf professionellen 3D-Druck setzen.

„Produktentwicklung ohne 3D-Druck ist für mich heute kaum noch vorstellbar“, ergänzt Caecilie von Teichman, technische Leitung bei iGo3D. „Schon frühzeitig einen gedruckten Prototypen in den Händen zu halten, eröffnet ganz neue Möglichkeiten in der Entwicklung.“ Fehlentwicklungen, die in einer späteren Entwicklungsphase große Kosten verursachen würden, können so frühzeitig vermieden werden. Zudem können auch mehrere Varianten gedruckt und die Entscheidung für das finale Design anhand des Prototyps – und nicht bloß anhand einer Zeichnung – getroffen werden.

Verschiedene Druckverfahren

Je nach Anwendung bietet der 3D-Druck verschiedene Verfahren zur Auswahl, die sich laut Thomas Haep auch in Kombination miteinander einsetzen lassen.

  • So können mit der Fused-Deposition-Modeling-Technologie (FDM) Werkstoffe wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) und Polylactide (PLA) sowie Ultem oder Nylon verarbeitet werden.
  • Mit dem Color-Jet-Printing-Verfahren lassen sich Materialien auf Polymer-Gips-Basis einsetzen.
  • Die Multi-Jet-Printing-Technologie (MJP) verwendet UV-härtende Acrylate.
  • Beim Stereolithografie-Verfahren (SLA) kommen Photopolymere wie z.B. Acryl-, Epoxid- oder Vinylesterharz zur Anwendung.
  • Selektives Lasersintern (SLS) ermöglicht den Einsatz von Polyamiden und thermoplastischem Elastome.
  • Direct-Metal-Printing-Verfahren (DMP) verarbeitet Metallwerkstoffe wie Werkzeugstahl, Edelstahl, Kobalt-Chrom (CoCr), Aluminiumlegierungen und viele mehr.

Häufig stehen Anwender aus dem Mittelstand vor der Entscheidung zwischen zwei Technologien. „Eine der wohl bekanntesten ist die FDM-Technologie“, weiß Michael Sorkin. Hierbei werde Filament aufgeschmolzen und mit einer Drüse auf die Bauplattform aufgetragen. Das Material sei sehr billig und klobige Gegenstände ließen sich damit gut drucken. „Jedoch lässt die Qualität der Drucke für professionelle Anwendungen oft zu wünschen übrigen“, so Sorkin. Wem die Qualität des FDM-Drucks nicht ausreiche, entscheide sich eher für die Stereolithografie. Hier werde flüssiger Kunstharz mit einem UV-Laser Punkt für Punkt ausgehärtet. Dies ermögliche glattere Oberflächen und faszinierende Details. Auch Hohlräume und überhängende Flächen sollen sich mithilfe der Stereolithografie im Gegensatz zum FDM-Druck erstellen lassen.

„Grundsätzlich lassen sich alle Objekte mit einem 3D-Drucker herstellen“, betont Florian Reichle, Geschäftsführer der Trinckle 3D GmbH, „solange sie homogen aus einem Material gefertigt werden können.“ Neben Prototypen sind das beispielsweise: Möbel, individuelle Prothesen etwa für die Zahnmedizin, Figuren und andere Objekte für die heimische Vitrine, bewegliche Planetengetriebe, die in einem Stück gedruckt werden und nicht nachträglich ineinandergefügt werden müssen, Ersatzteile oder Formen aus Kunststoff für die verschiedensten Industriezweige. „Durch die additive Fertigung ergeben sich vielfältige neue Designmöglichkeiten, denn der 3D-Druck ermöglicht es, noch komplexere Strukturen und aufwändigere Designs zu realisieren, als konventionelle Techniken es erlauben“, weiß René Gurka, CEO von Bigrep.

Runde, organische Formen seien allerdings bevorzugt, ergänzt Uwe Popp. „Da die Materialien immer schichtweise aufgetragen werden, ist letzten Endes die Haftung zwischen den Schichten immer die kritische Stelle“, so der Head of R&D bei der Indmatec GmbH. Der Verbund der Schichten sei daher der Schlüssel zu einem guten Bauteil. „Abhängig vom verwendeten Material haben Objekte aus dem 3D-Drucker spezielle Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Flexibilität und Stoßfestigkeit“, ergänzt Michael Pittner von Siewert & Kau.

Effizienter als Spritzguss?

Je nach Größe und Komplexität der zu druckenden Objekte sind 3D-Drucker teils stundenlang in Betrieb und „heizen“ permanent, um Schicht für Schicht das Endprodukt „aufzubauen“. Da stellt sich die Frage nach der Energieeffizienz der Geräte. Uwe Popp erklärt: „Betrachtet man einen 3D-Drucker, der aus einem Filament das Bauteil herstellt, und den herkömmlichen Prozess, bei dem erst das Halbzeug mit Energieaufwand hergestellt und dann an den jeweiligen Ort transportiert wird, um schließlich zerspant zu werden, sowie den Abtransport von den Abfallteilen, dann ist der 3D-Druck energieeffizienter.“ An dieser Stelle könnte man natürlich argumentieren, dass wiederum der Spritzguss, der nur die Granulate verarbeitet, energieeffizienter ist. Hier darf man aber die aufwändig herzustellende Form nicht vergessen, die zeit-, material- und kostenintensiv ist.

Eine zweite Frage, die sich stellt: Lohnt sich eigentlich eine Massenproduktion, wenn es teils so lange dauert, bis ein 3D-Objekt fertig gedruckt ist – auch in Anbetracht der bisweilen noch immer hohen Anschaffungskosten eines entsprechenden Druckers? Hier gehen die Meinungen der Anbieter ein wenig auseinander.

Laut Moritz Mair, Gründer von 3Dator, sind Massenproduktionen mit 3D-Druckern immer möglich, „vorausgesetzt die Oberflächenqualität genügt“. Allerdings sei der 3D-Druck häufig nur bei geringen Stückzahlen oder individualisierten Objekten wirtschaftlich. Ähnlich sieht es Uwe Popp. Die Massenproduktion sei zwar möglich, aber nicht sinnvoll. „Bei großen Stückzahlen sind die herkömmlichen Verfahren über die Menge gesehen schneller und günstiger.“

Florian Reichle meint hingegen, dass die Serienproduktion mit 3D-Druck schon zunehmend die Regel werde, „besonders dann, wenn die Vorteile die Kosten übersteigen“. Als Beispiel nennt er kundenindividuelle Hüftgelenke. Es sei davon auszugehen, dass die Preise weiterhin stark sinken und immer mehr Massenanwendungen rentabel werden.

Nicht mehr nur Anschauungsobjekt

Doch: Nur auf einen Knopf drücken und dadurch ein perfektes Objekt entstehen lassen, „ist leider noch nicht möglich“, betont Caecilie von Teichman. Allerdings werde die Benutzerfreundlichkeit der Geräte ständig verbessert. Zudem sei die Entwicklung von Materialien für industrielle Ansprüche sehr erfreulich. „3D-gedruckte Objekte sind nun nicht mehr bloß Anschauungsobjekt, sondern können auch als Funktionsteile eingesetzt werden“, so die technische Leiterin bei iGo3D. Einige Hersteller müssten jedoch in Sachen „Service“ und „Ersatzteileverfügbarkeit“ nachbessern. „Unterm Strich kann man aus jeder Technologie noch etwas herausholen“, bemerkt Uwe Popp. Im Bereich des 3D-Drucks gebe es noch sehr viele Innovationsmöglichkeiten.

Die Angebote sind aber grundsätzlich da – vor allem für den Hausgebrauch gibt es jede Menge 3D-Drucker, die sich etwa des additiven Schmelzschichtverfahrens bedienen. Einsteigermodelle gibt es schon ab 400 Euro. Im FDM-Drucker-Markt sollen sich die Geräte bisweilen aber nur sehr leicht voneinander unterscheiden.

„Oft wird immer dieselbe Open-Source-Firmware verwendet“, weiß Moritz Mair, „und für dieselbe Mechanik ein neues Gehäuse mit einem anderen Namen entworfen.“ Zwar ließen sich auch diese Geräte zu guten Ergebnissen kalibrieren, doch seien sie in der Regel sehr wartungsaufwändig. „Jedem, der sich für die Anschaffung eines 3D-Druckers interessiert, rate ich, sich genau zu überlegen, was er mit den gedruckten Objekten erreichen möchte“, so Mair weiter. Schließlich birgt jedes Verfahren Vor- und Nachteile. Prinzipiell soll es sich aber lohnen, wenn eine Maschine „Open Source“ ist, da so die Möglichkeit besteht, den Drucker in ferner Zukunft selbst zu warten und zu reparieren – und der Anwender ist nicht zwingend auf den Hersteller-Support angewiesen.

Bei der Wahl eines 3D-Druckers für kleine und mittelständische Unternehmen sollten Anwender jedes Teil der Gesamtlösung beachten. Denn: Es geht beim Kauf eines 3D-Druckers nicht nur um die Qualität des Geräts an sich, sondern um viel mehr: die Qualität des Materials, der Software und des Kunden-Supports. „Meine Erfahrung zeigt mir“, berichtet Michael Sorkin von Formlabs, „dass all diese Komponenten zu 100 Prozent gleichgewichtig sind. Sie sind notwendig und wertvoll und tragen nur gemeinsam zu einer einzigartigen Lösung bei.“

Zugleich sollte darauf geachtet werden, dass der entsprechende Anbieter im Markt etabliert ist und „auf langjährige Erfahrungen in der Technologie sowie auf intensive Marktkenntnisse zurückgreifen kann“, empfiehlt Thomas Haep von Canon. Wichtig sei dabei, dass ein Anbieter über ein breites Produktportfolio verfüge und mit einer Auswahl an Technologien dem jeweiligen Kunden eine auf ihn zugeschnittene Lösung bereitstellen könne.

Nicht immer selbsterklärend

Bei einigen 3D-Druckern sind IT-Kenntnisse nötig, um sie in Betrieb zu nehmen und um Druckdaten mit einem 3D-Programm zu erstellen. Es gibt laut Michael Pittner aber auch schon Geräte, die mittels „Plug & Play“ funktionieren und deren Software zur Bedienung nahezu selbsterklärend ist. „Nicht zu unterschätzen ist allerdings der Aufwand, mit professionellen Industriedruckern zu starten“, warnt Florian Reichle. Hierfür sollten im Vorfeld Schulungen und Beratung eingeholt werden. Durch ein gezieltes Kundentraining und entsprechende Unterstützung während der Einarbeitung ist der 3D-Drucker schließlich in kurzer Zeit sicher zu bedienen.

Doch ohne gute Vorarbeit am PC kann kein 3D-Objekt einwandfrei gelingen. Ebenso wenig wird ein entsprechender Druck ohne gute Hardware und Materialien zum Erfolg. Doch: „Der Markt wird weiter wachsen, denn 3D-Technologie hält immer wieder Überraschungen und Neuerungen bereit“, ist sich Michael Pittner sicher. Als Beispiele nennt er Verfahren für mehrfarbigen Druck, die Möglichkeit, realistische Farbverläufe darzustellen und neue Materialien einzusetzen. „Die Anforderungen an den 3D-Druck wachsen täglich“, weiß auch Thomas Haep, „und entsprechend wird diese Technologie stetig weiterentwickelt.“ Ein Ende dieser rasanten Entwicklung sei noch lange nicht abzusehen, da sich immer wieder neue Anwendungsbereiche und Geschäftsmodelle ergeben.

 Bildquelle: Thinkstock / iStock

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