3D-Druck: Speed-up für Forschung, Entwicklung, Design und Ersatzteil-Service

Kommt die Rede aufs Drucken, so zieht unser Erfahrungshintergrund Kulissen auf, die wir mit dem Drucken verbinden. Da ist der Erfinder des Buchdrucks Johann Gensfleisch zur Laden, genannt Gutenberg, mit seinen beweglichen Lettern, der Kniehebelpresse, einer speziell komponierten Druckerschwärze und seinem Marken-Produkt, der Gutenberg-Bibel. Die nächste Kulisse zeigt vielleicht eine Heidelberger Offset-Druckmaschine oder gar eines dieser Monster aus der „Stahl- und Eisen-Periode“ für die Tageszeitungsproduktion.

Dann zieht der Vorhang auf, eine Garage im Silicon Valley taucht aus Nebelschwaden auf und vor der Garage steht ein Jüngling mit Namen Steve Jobs mit seinem Neugeborenen: ein „Handheld-Computer“ mit einer grafischen Benutzeroberfläche und mit dem Symbol eines angebissenen Apfels, der neben dem Grafik-Bildschirm aus dem Gehäuse prangt. Der Mund des Jünglings formt nach bester Walt-Disney-Manier eine Sprechblase: „What you see is what you get“ – WYSIWYG. Die Bilder, Grafiken und Schriften, die man auf dem Computer mit der Apple-Ikone in voller Pracht betrachten konnte, wollte man auch drucken, die „Print-Outs“ in die Hand nehmen. Und so entstand der digitale Drucker zum Direktanschluss an Grafik-Computer.

Der Mensch „tickt“ dreidimensional

Ein Quantensprung, der die traditionelle grafische Industrie revolutionierte. Dank der Apple-Erfindung war unsere Gesellschaft in der Lage, zweidimensionale Designs zu konzipieren, zu visualisieren und bald auch mittels „WWW“ – WorldWideWeb – grenzenlos zu publizieren. So viel zur Zweidimensionalität des Druckens. Viele waren´s zufrieden, einige gar nicht. Die Unzufriedenen behielten Recht. Denn die Erde ist keine Scheibe, sondern eine Kugel. Unser Gehirn „tickt“ systemkonform, nämlich dreidimensional. Und so nimmt die weitere Geschichte ihren dreidimensionalen Verlauf.

3D-Druck: die Arbeit des Steinmetzen als Denkmodell

Der Begriff „3D-Drucker“ wirft bei „Otto Normalverbraucher“ mehr Fragen auf, als in seinem Umfeld befriedigende Antworten zur Verfügung stehen. Denn Dreidimensionalität verbinden wir mit künstlerischem Schaffen. Der Steinmetz kommt uns in den Sinn, wie er für eine Kathedrale aus einem sorgfältig ausgewählten Steinblock mit besonderer Maserung und Farbe eine Statue meisselt. Es klingt auf den ersten Blick verwegen, aber genau dieser Steinmetz mit seiner kreativen dreidimensionalen Arbeit an einer Statue eignet sich gut für den gedanklichen Brückenschlag hin zu dem, was der 3D-Druck verheisst. Mit einem gewichtigen Unterschied: Der Prozess des dreidimensionalen Druckens ist die exakte Umkehrung der alt hergebrachten Steinmetztechnik.

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Beim 3D-Druck wird nichts aus einer vorhandenen Masse herausgeschlagen. Das genaue Gegenteil ist der Fall. Im Drucker wird ein zuvor bestimmter und berechneter Körper Schicht für Schicht erzeugt. Diesem Schichtenmodell liegt ein stets digitaler, häufig auch kreativer Herstellungsplan zugrunde. Spätestens an dieser Stelle ahnt so mancher Zeitgenosse, was sich mit dieser Technologie in nicht allzu ferner Zukunft realisieren lässt. Während die 3D-Drucktechnologie dem Modellbauer die Tränen in die Augen treibt, sehen Schlüsselbranchen endlich eine Lösung für ihre vielschichtigen Probleme im globalen Wettbewerb.

Vom Kreativ-Prozess zum Werkstück

Die neu ins Leben gerufene Familie der 3D-Drucker hat zwischenzeitlich ihre maschinentechnische Zuordnung erfahren. Das international verbreitete Kürzel lautet „Fabber“. Im deutschsprachigen, maschinenbautechnischen Handbuch sind sie als „digitale Fabrikatoren“ klassifiziert, auf gut Deutsch als digitale Fabrikationsmittel. Ein kleiner Klassifizierungs-Zusatz lässt aufhorchen. Er lautet „additive“ Fabrikatoren und gibt Aufschluss darüber, dass die dreidimensional erzeugten Werkstücke im Schichten-Produktionsverfahren aus flüssigen oder pulvrigen Ingredienzien digital zusammen „gefabbert“ werden.

3D-Druck: Hier läuten die Business-Glocken

3D-Drucker sind bereits zu moderaten Preisen aus der Serienproduktion erhältlich. Eine Daumenregel: Das Format bestimmt den Preis. Sie eignen sich für die Herstellung von Modellen, Unikaten und Prototypen. Bei den Werkstoffen herrscht überschaubare Vielfalt. Zu den typischen zählen Metalle, Kunstharze, Keramik-Werkstoffe und Kunststoffe mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Betriebswirtschaftlich lässt sich das Verfahren bestens verargumentieren, bietet es doch die Möglichkeit, aus einem digitalen Datenbestand heraus direkt, ohne Produktions-Zwischenschritte, zum Werkstück zu gelangen, einem Produkt, das in Form, Grösse, Farbe, ja selbst in Material-Haptik dem späteren Serienprodukt Kontur verleiht.

Auch Feinschliff ist möglich, denn die digitale Basisdaten sind schnell modifiziert. Der Drucker produziert sofort die neue Variante. Der klassische Modellbau wird zum Opfer dieses Verfahrens. Dafür läuten die Business-Glocken gleich für mehrere Branchen. Goldgräberstimmung kommt auf! Neues Design auf Bestellung. Rapid Engineering auf der CAD-Schiene. Ersatzteilproduktion nach Bedarf. Die Zellforschung arbeitet an einem Derivat – dem Zelldrucker. Die Raumfahrt träumt bereits von dreidimensional gedruckten menschlichen Behausungen, aus Marssand oder Mondgestein.

Dabei sollten wir nicht vergessen, wo der „Wind of Change“ her wehte. Er blies aus den „Giftküchen“ der Forschungs- und Entwicklungsabteilungen. Während designverliebte Druckformhersteller ihre zweidimensionalen Entwürfe druckreif gestalteten, gaben hinter verschlossenen Türen die CAD-Computer die Taktraten der nächsten Revolution vor. Hochwertige Scanner liefern Vorlagen, spezielle Design-Software setzt diese in dreidimensionale, digitale Körper um. Für die Automobilindustrie, den Maschinenbau, aber auch für Architekturteams wurden Programme entwickelt, die Luftwiderstandsbeiwerte, statische Tragfähigkeit und andere relevante Produkteigenschaften im Vorserienstadium präzise berechnen.

Aus solchem Holz werden Wettbewerbsvorteile geschnitzt! Ein Automobil entsteht innerhalb weniger Monate als Neuentwicklung. Ein Skyscraper-Entwurf aus Dipl.-Ing. Bollmanns Architektur-Schmiede in Frankfurt am Main lässt das EZB-Gebäude der Europäischen Zentralbank in Frankfurt am Main am CAD-Computer erstehen. Ein Wermutstropfen: Der digitale Bauplan für den 3D-Druck einer schiessfähigen Pistole lässt sich bereits aus dem WWW herunterladen.

 

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