Häuser, Brücken und sogar Organe: Mit einem 3D-Drucker können Sie mittlerweile fast alles herstellen. Entsprechend wird der Markt für 3D-Druckprodukte und -technologien bis zum Jahr 2030 auf über 22 Milliarden Euro wachsen. Vor allem für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und die Automobilindustrie sagt das Beratungsunternehmens PWC für die nächsten Jahre ein enormes Wachstum voraus. Doch neben diesen Wachstumsbranchen kommen noch weitere hinzu: So gibt es Designer, die Kostüme in 3D drucken oder Flugzeugfanatiker, die ein JSF maßstabsgetreu ‒ Sie ahnen es ‒ durch additive Fertigung nachbauen. Und welcher Artikel wurde diese Woche am meisten gelesen? Natürlich einer mit demselben Thema: Die Reduzierung von Lebensmittelabfällen durch Einbringen selbiger in einen 3D-Drucker.
Wie das geht und wohin das alles führt erfahren Sie in nachfolgendem Artikel. Denn wir werfen gemeinsam mit Pieter Debrauwer, Direktor von AMSYSTEMS, einen Blick in die Kristallkugel. AMSYSTEMS ist unter anderem eine Partnerschaft zwischen der Technischen Universität Eindhoven und TNO (Netherlands Organization for Applied Scientific Research). Und genau hier entwickeln Forscher in Kooperation mit der Industrie ‒ u.a. aus den Bereichen Lebensmittel, Pharma und Hightech ‒, 3D-Drucker.
Sie sind in der Lage, alle Arten von Materialien zu drucken, alle Arten von Kunststoff, Metall, Beton, Lebensmitteln und sogar lebende Zellen. Gibt es etwas, das ein 3D-Drucker nicht drucken kann?
„Es gibt immer noch einige Arten von Metall, die schwer zu bedrucken sind. Diesbezüglich gibt es viele Forschungen. Auch harte Polymere mit einer hohen Steifigkeit sind schwierig; denn sie erfordern eine höhere Temperatur. Und die verschiedenen Lebensmittel unterscheiden sich in ihrer Struktur. Bei der Schokolade beispielsweise muss man sich mit ihren Gerinnungseigenschaften befassen. Um thermische Probleme zu vermeiden, war ist bis vor wenigen Jahren nur möglich, sehr kleine Mengen Schokolade zu drucken. Heute ist dies kein Thema mehr.”
Und wie schaut es mit dem gemeinsamen Drucken verschiedener Materialarten aus?
„Der Multimaterialdruck ist ein neuer Bereich. Es gibt viele Experimente, wie man flexible Materialien mit harten mischen kann. Einige Polymere können bei 100 Grad Celsius gedruckt werden. Bei Metall sind manchmal bis zu 1000 Grad Celsius erforderlich. Diese Temperaturschwankungen sind zu hoch. Sie müssen das Metall also zuerst abkühlen lassen. Im Idealfall sollte man in der Lage sein, die Wärme des Metalls zu isolieren, so dass andere Materialien davon nicht betroffen sind. Bis jetzt wurde diesbezüglich jedoch noch keine Lösung gefunden. Der Multimediadruck wird in den kommenden Jahren immer weiter an Bedeutung gewinnen, denn Sie können damit die Eigenschaften verschiedener Materialien kombinieren.”
Von welchen Neuentwicklungen sind Sie besonders begeistert?
„Insbesondere bei kleinen Auflagen bestimmter Produkte werden in der Industrie oft 3D-Druckverfahren verwendet. Beispielsweise bei Flugzeugteilen für einen bestimmten Flugzeugtyp. Da es sich um geringe Mengen handelt, wollen die Hersteller, dass diese Produkte von Anfang an perfekt sind. Aber jedes Produkt ist anders. Manchmal ist es ziemlich schwer einzuschätzen, wie das Material auf das Temperaturniveau reagiert. Es ist also nicht immer möglich, Dinge in einem Arbeitsgang richtig zu drucken. Deshalb setzen wir immer mehr Simulationen und digitale Zwillinge ein. Auf diese Weise können Sie Designfehler vermeiden, bevor Sie etwas drucken. Sie müssen nicht mehrere Prototypen eines Produkts herstellen, das Sie vielleicht nur einmal verkaufen.”
Wie schnell werden 3D-Drucker eines Tages sein?
„Der 3D-Druck wird nie mit der Massenproduktion mithalten können. Bei TNO haben wir einen Drucker hergestellt, der ganze 15 Minuten brauchte, um eine einzige Nudel zu drucken. Sie würden also ewig benötigen, um eine vollständige Pasta-Mahlzeit mit 25 Stück zu produzieren. Wir haben daran gearbeitet, dies zu verbessern. Mittlerweile kommen etwa 30 Stück gleichzeitig innerhalb von 1 Minute und 40 Sekunden aus dem Drucker. Aber das kann immer noch nicht mit der Massenproduktion konkurrieren.
Allerdings ist die Geschwindigkeit nicht der wichtigste Punkt. So werden Komponenten für Satelliten ebenfalls mit einem 3D-Drucker hergestellt. Ein Satellit startet nicht jeden Tag. Somit spielt die Geschwindigkeit keine Rolle. Qualität und Zuverlässigkeit sind dabei viel entscheidender.”
Was ist nur per 3D-Druck möglich?
„Aufgrund ihres mehrschichtigen Ausgabedesigns können 3D-Drucker Strukturen herstellen, die mit einem Guss nicht produziert werden können. Das sehen Sie z.B. bei Implantaten. Um Gewicht zu sparen, können die normalerweise soliden Implantate hohl gelassen werden. Ein weiteres Beispiel: Turbinenschaufeln. Diese drehen sich sehr schnell, was zu einer Erwärmung führt. Gleichzeitig sind ihre Klingen auf eine bestimmte Weise gekrümmt, so dass man kein gerades Loch in sie bohren kann. Stellen Sie eine solche Klinge mit einem 3D-Drucker her, können Sie eine interne Struktur drucken, die als Kühlkanal dient.“
Werfen wir einen Blick in die Zukunft: Wie wird sie aussehen?
“Ich glaube nicht, dass die Zukunft schlecht sein wird. So können wir bestimmte Versorgungseinrichtungen eins Hauses ‒ wie z.B. Fußbodenheizungen ‒, mit einem 3D-Drucker herstellen. Schon heute werden sogar ganze Häuser aus einem Drucker herausgeholt.
Und in ferner Zukunft werden wir in der Lage sein, die Dosis eines Medikaments präzise an jeden einzelnen Menschen anzupassen. Denn die Dosierung, die ein Patient erhält, richtet sich nach seinem Gewicht. Doch heutzutage wird das Medikament nur in Pillen von 1000 mg hergestellt. Somit erhält jemand, der nur 800 mg braucht, eine höhere Dosis. Dies kann zu unangenehmen Nebenwirkungen führen. Doch derzeit ist es für Apotheker noch zu teuer, eine Produktionslinie für bestimmte Arzneimittel einzurichten. Denn entweder ist die Krankheit zu selten und die Medikamente werden nur von relativ wenigen Patienten eingenommen oder die Medikamente sind zu kostspielig. Eine personalisierte Dosis ist aber nicht nur viel besser für die Gesundheit, sondern letztendlich wird sie auch die Behandlungskosten senken.“
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