Unternehmensblog, Branchentrends
02.11.2016 11:21

3D-Druck: Wachstum Schicht für Schicht

Vor wenigen Jahren noch als Hype etikettiert, hat sich der 3D-Druck zu einem relevanten Produktionsverfahren entwickelt. Fachleute sprechen hier von "additiver Fertigung", denn die Objekte werden Schicht für Schicht aufgebaut, also immer eine neue Schicht hinzu addiert.

3D-Druck: Eine neue Dimension der Herstellungstechnik

Vor wenigen Jahren noch als Hype etikettiert, hat sich der 3D-Druck zu einem relevanten Produktionsverfahren entwickelt. Fachleute sprechen hier von "additiver Fertigung", denn die Objekte werden Schicht für Schicht aufgebaut, also immer eine neue Schicht hinzu addiert. Dabei wird meist Kunststoff-, Keramik- oder Metallpulver mit Hilfe von Lasern oder Infrarotlicht Korn für Korn, Schicht für Schicht verschmolzen, bis die gewünschte Form entsteht. Die Schichten sind nur hundertstel Millimeter dick. Das Verfahren ermöglicht völlig neue, gewichtssparende Wabenstrukturen, die mit herkömmlichen Techniken unmöglich wären – leichte, stabile Formen mit Hohlräumen, die durch Bohren oder Spritzguss gar nicht hergestellt werden können.


Zentrallager und Lieferzeiten – bald Geschichte?

„Neben Vorteilen des Maßschneiderns hat die additive Fertigung großes wirtschaftliches Potenzial,“ so Frank Böttger, Team Manager Competence Center Software and Automation bei der OSB AG.  Auch führende Experten aus Forschung und Wirtschaft sind sich darin einig. Ob Steinbeis-Institut, KPMG, Bitkom, VDMA oder Fraunhofer-Institut, die Prognosen der Experten lassen aufhorchen: So erwartet die Strategieberatung KPMG, dass sich die additive Fertigung gravierend auf die jeweilige Branche und das eigene Unternehmen auswirken und die Produktion entscheidend verändern werde. Kunden könnten frühzeitig in den Produktionsprozess eingebunden werden, so das Steinbeis-Institut. Weitere Vorteile seien eine hohe Designfreiheit, Kundenindividualisierung und eine kürzere Time-to-Market. Verschleißt etwa ein Bauteil, wird der Ersatz direkt vor Ort gefertigt bzw. gedruckt. Somit werden Materialengpässe vermieden und riesige Zentrallager, lange Transportwege und Lieferzeiten sind Geschichte. Das soll sich auch positiv auf die Logistikkosten auswirken.

Rückenwind für die Luftfahrtbranche

Besonders die Luftfahrt setzt auf den 3D-Druck. Geometriefreiheit und Gewichtsreduzierung sind hier die Keywords für eine Branche, in der jedes Gramm weniger entscheidet. „Mit dem Laserschmelzverfahren lassen sich Bauteile herstellen, die noch besser, leichter und langlebiger sind, als die konventionell gefertigten Bauteile von heute“, so Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann, Institutsleiter für Laser- und Anlagensystemtechnik (iLAS) an der TU Hamburg-Harburg. Etwa 30 bis 50 Prozent Gewichtsreduzierung pro Teil soll das bringen. Zudem beträgt der Materialabfall beim Laserschmelzen gerade einmal 5 Prozent, während beim herkömmlichen Fräsen von Flugzeugteilen bis zu 95 Prozent verschwendet werden.

Europas größter Flugzeugbauer Airbus hat sich mit der Stratasis-Kooperation für den thermoplastischen FMD-Kunststoff ULTEM 9085 entschieden: Beim Ende 2014 produzierten Airbus 350 XWB sind bereits tausend Teile aus dem Kunststoff im 3D-Druck gefertigt. Dadurch sind die Flugzeugteile nicht nur leichter, formfester und schwerer entflammbar. Airbus kann auch kostengünstiger, schneller und flexibler produzieren und ohne Verzögerung ausliefern. Airbus-Chef Tom Enders erwartet, „dass bis 2030 so viele Metallteile durch leichtere Elemente aus 3D-Druckern ersetzt werden können, dass ein Airbus A350 rund eine Tonne Gewicht einsparen kann“.

Künftig will Airbus rund 10 Prozent seiner Bau- und Ersatzteile wie etwa Flügelklappen oder Hydraulikbehälter selbst herstellen und hat dafür bereits mehrere 3D-Drucker angeschafft. In 2016 ist die Serienproduktion von Bauteilen aus Titan und Edelstahl gestartet und ab 2017 soll Aluminium hinzukommen. 


Ein Auto aus dem 3D-Drucker?

Nicht nur die Luftfahrtbranche erhält Rückenwind durch den 3D-Druck. Auch die Automobilindustrie nutzt die Vorteile. Im Automotivebereich entstehen bereits mehr als 100.000 Prototypenteile jährlich im 3D-Druck. „Von der Antenne, dem Motorträger über das Hitzeschild bis hin zum Wasserpumpenrad – für den Bereich Automobilbau bietet der 3D-Druck in Bezug auf Herstellung und Wirtschaftlichkeit ganz neue Möglichkeiten“, so Markus Kohlwig, Senior Executive Manager im Geschäftsbereich Engineering bei der OSB AG.

Das beste Beispiel dafür liefert etwa der Automobilhersteller BMW, der inzwischen viele seiner Werke mit den Maschinen ausgerüstet hat. Wenn in den USA oder China dringend ein Bauteil gebraucht wird, kommt es schneller und billiger aus dem Drucker. „Ein Auto aus dem 3D-Drucker – es ist fraglich, ob es das jemals geben wird“, so Denis Sisic, Gründer und Vorstandsvorsitzender der OSB AG. „Aber heute stammen in einem Prototypen immerhin schon gut 3000 Teile aus dem 3D-Drucker.“

Hörgeräte, Zahnersatz – und Knochen

In der Medizintechnik hat sich der 3D-Druck bereits etabliert. Nahezu alle Hörgerätehersteller arbeiten damit. Auch Zahnlabore nutzen die Technik immer mehr. „Auf unseren Maschinen entsteht jährlich Zahnersatz für fünf Millionen Patienten“, so Güngör Karas vom 3D-Druckmaschinenbauer Eos in Krailling bei München. Mit einer Maschine lassen sich über Nacht 400 Zahnkronen ausdrucken – auf der Größe eines Schachbretts. Bitkom-Geschäftsführer Bernhard Rohleder sieht ganze Berufsgruppen verschwinden: „Wird es in zehn Jahren noch Zahntechniker geben? Ich sage: Nein.“

Doch es geht noch weiter: Wissenschaftler an der Uniklinik Freiburg experimentieren mit dem Drucken von Knochen. Dabei soll ein spezieller BioPrinter Knochen- und Blutgefäßzellen zu einem funktionsfähigen Gewebeverband verarbeiten. Erste relevante Ergebnisse seien in fünf bis sieben Jahren zu erwarten. Allerdings werde die Herstellung und Implantation von Knochengewebe wegen des möglichen Gewebeabstoßen länger dauern. Ausgedruckte und passgenau hergestellte Kniegelenke aus dem 3D-Drucker gehören in der Klinik für Orthopädie im Klinikum Dortmund bereits zum Alltag. Sie bringen den Vorteil, dass für die Implantation ein Viertel weniger Knochen entfernt werden muss. „Die Beispiele zeigen: Es gibt viele sehr unterschiedliche Anwendungsbereiche, in denen Additive Manufacturing große Vorteile bietet. Während in einigen Bereichen 3D-Druck wohl eine Phantasie bleiben wird, wird es in anderen Bereichen große Fortschritte geben und es ist spannend mittendrin dabei zu sein“ so Ralph Ritter, Vorstand und COO der OSB AG.

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