Die Revolution der Produktion

3D Druck

3D Druck gross

Bild: 3D-Model AG

Ob Rückenwirbel oder ein komplettes Gebäude – noch nie waren die Einsatzmöglichkeiten für 3D Druck so vielseitig wie heute. Diese sich rasant weiterentwickelnde Technologie wird schon bald viele Wirtschaftszweige nachhaltig verändern.

Können Sie sich eine Welt vorstellen, in der Sie einen beliebigen Gegenstand Ihrer Wahl in einem Drucker als dreidimensionales Objekt ausdrucken können? Was nach dem Replikator aus der Science-Fiction-Saga «Star Trek» klingt, ist keine Zukunftsmusik mehr. 3D Druck ist zwischen Trendforschern und Technologieexperten ein solch brisantes Thema, dass man selbstbewusst von einer neuen Ära spricht: der vierten industriellen Revolution oder auch Industrie 4.0. Heute kommen Smartphonehüllen, Autoteile, Implantate und sogar Häuser aus dem 3D Drucker. Der Verbraucher von morgen druckt selbst - und zwar alles.

Physikalische Objekte als Softwarecode

Der 1984 in Südkalifornien von Chuck Hall erfundene 3D Drucker führt wie ein Industrieroboter Befehle eines Computers aus. Zuerst muss man mithilfe einer Software zur Erstellung animierter Modelle einen Gegenstand entwerfen. Dieser in Schichten unterteilte digitale Entwurf dient dem 3D Drucker als Vorlage. Er reproduziert Schicht für Schicht in einem mehrstündigen Verfahren, sodass ein Objekt mit den richtigen Massen entsteht. Je nach Technologie und Druckverfahren können von harzähnlichen Materialien bis Kautschuk und Beton verschiedene Stoffe zum Drucken genutzt werden. Das älteste und ausgereifteste Verfahren ist nach wie vor die von Chuck Hall geprägte Stereolithographie (SLA), die unter UV-Licht aushärtende Kunststoffe verwendet. Dies nennt man additive Fertigung oder auch Additive Manufacturing.

Anfänglich wurde 3D Druck ausschliesslich grossindustriell genutzt. Insbesondere die Automobilindustrie profitierte von der kostengünstigen und zeitnahen Herstellung von Prototypen und Modellen, woraus der Begriff Rapid Prototyping entstand. Die aus dem Rapid Prototyping gewonnenen Vorteile von Zeitersparnis und minimierter Fehlerquote waren schlagende Argumente, 3D Drucker kontinuierlich weiterzuentwickeln, bis diese neuartige Fertigungstechnologie auch in der Massenfertigung von Autoteilen überzeugen konnte – das Rapid Manufacturing war geboren.

Ein Haus für 5‘000 $

Rapid Manufacturing kommt besonders erfolgreich im Baugewerbe zum Einsatz – wenn auch noch nicht in Europa. Hierzulande nutzen Architekten 3D Druck, um Kunden mit einem Miniaturmodell von ihrem potenziellen Traumhaus zu überzeugen. Im tiefen Osten ist man uns diesbezüglich um Meilen voraus: Der chinesische Unternehmer und Zukunftsvisionär Ma Yihe versetzte ganz China in Staunen, als sein Unternehmen Winsun vor laufenden Kameras zehn einstöckige Häuser in 24 Stunden ausdruckte - jedes für weniger als 5‘000 $. Eine prunkvolle Villa ist für bereits 150‘000 $ zu haben. Ma Yihe ist stolz, seine 3D Häuser bis zu 30% günstiger anbieten zu können als herkömmlich hergestellte Gebäude, da der grösste Teil des Baumaterials aus recyceltem Abfall besteht. In der Wüste baut sein Unternehmen nicht nur auf, sondern auch mit Sand als Teil des Betonmixes, was die Kosten insbesondere in Entwicklungsländern halbiert. Zudem kommt 3D Druck der chinesischen Art mit 60% weniger Baumaterial als auch 60% weniger Bauabfällen aus und reduziert den Personalaufwand um bis zu 80%. Das revolutionäre Verfahren konnte bis nach Dubai Aufsehen erregen - mit dem Ergebnis, dass in Zusammenarbeit mit Winsun das weltweit erste 3D Bürogebäude als Teil des „Museum of Future“ entstehen wird.

3D Druck Metall

Bild: 3D-Model AG

Die grösste Bereicherung wird 3D Druck für die Medizin sein: Bereits heute werden Knochenwirbel, Implantate und Prothesen ausgedruckt und implantiert. In ferner Zukunft werden selbst gedruckte Organe keine Science Fiction mehr sein, obschon das sogenannte Bioprinting noch tief in den Kinderschuhen steckt. Auch wenn wir uns diesbezüglich noch gedulden müssen, hält Bioprinting revolutionäres Potenzial für unsere medizinische Zukunft bereit, da erste Versuche, Organe zu replizieren, bereits erfolgreich waren.

Prosument – der produzierende Konsument

Seit geraumer Zeit halten die ersten 3D Drucker in Privathaushalte Einzug, da sie zunehmend kleiner und kostengünstiger werden. Für nur ein paar hundert Franken kann ein simples Gerät im Handel erworben werden. Ökonomen nennen dies Direct Manufacturing und nehmen mit diesem Begriff eine wirtschaftliche Entwicklung vorweg: In Zukunft werden sich Verbraucher den Gang in das Geschäft sparen und ihre Güter selbst produzieren können. Der Konsument wird zum Prosumenten oder auch Prosumer – einem Konsumenten, der seine Produkte selbst produziert. Im kleinen Rahmen ist all dies bereits heute schon möglich: Brauchen Sie eine neue Smartphonehülle, so können Sie sich im Internet eine digitale Vorlage herunterladen und diese mit einem entsprechenden Gerät selbst ausdrucken.

Die Globalisierung rudert zurück

Es ist unschwer zu erkennen, dass dieser sich schleichend nähernde Trend explosives Potenzial birgt. Glaubt man renommierten Meinungsbildnern wie Richard d’Aveni, Wirtschaftsprofessor an der Business School des Dartmouth College USA, rudert durch die Rückverlagerung der Produktion zum Endkunden die Globalisierung wieder zurück. Dies hätte zur Folge, dass unsere globale Marktwirtschaft in ihren Grundfesten erschüttert wird: Bangladeschs Rolle als Schneiderei der Welt wäre nicht mehr sicher und auch Chinas Position als Hochburg der preisgünstigen Massenproduktion würde infrage gestellt.

Experten des Beratungshauses McKinsey zählen den 3D Druck zu den zwölf weltverändernden Technologien und schätzen, dass dieser Industriezweig im Jahre 2025 bis zu 550 Milliarden Dollar Umsatz jährlich erwirtschaften wird. Bre Pettis, Mitbegründer von Makerbot, einem der bekanntesten Hersteller von 3D Druckern, ist der Meinung, dass 3D Druck einen ähnlichen Weg einschlagen wird, wie einst der Personal Computer: Zu Beginn wurden ausschliesslich grosse Maschinen hergestellt, danach die ersten PCs, die von Unternehmen genutzt wurden, bis schliesslich jeder Haushalt einen PC besass. In den USA wurde das Potenzial des 3D Drucks bereits erkannt. Die US-Regierung fördert seit geraumer Zeit gezielt Forschungsprojekte, um die Reindustrialisierung Amerikas voranzutreiben und die Industrie in die USA zurückzuholen. Selbst in Europa werden vereinzelte Forschungsprojekte, wenn auch nicht sehr öffentlichkeitswirksam, unterstützt.

Die Emanzipation des Handwerks

Auch Handwerk, Installation und insbesondere Produktion und Logistik sollten diesen sich exponentiell entwickelnden Trend nicht verpassen, denn für viele Unternehmen bedeutet die Zukunft des 3D Drucks nichts Geringeres als das Ende der traditionellen Geschäftsgrundlagen. Die beispielsweise in der Montage benötigten Einzelteile werden nicht mehr aus Fremdbezug stammen – sie wird sich in Folge selbst beliefern können und von Produzenten unabhängig sein. Auch Handwerksbetriebe werden von minimalen Zeiten zwischen Ausmass und Installation profitieren und sogar direkt vor Ort die zu installierenden Bauteile herstellen können. Der Trend geht in Richtung verstärkten Insourcings und verlagert die Wertschöpfungskette zum Endverbraucher. Entsprechende Produkte werden Herstellerbetriebe folglich aus dem Sortiment nehmen und ihre Lieferkette anpassen. Der Kunde als Produzent lässt das eigentliche Produktionsgeschäft sowie die Rolle der Logistik und Spedition in den Hintergrund rücken. Doch wo sich Türen schliessen, gehen bekanntlich auch neue wieder auf. Anstatt von Produkten wird die Produktion von morgen das Druckmaterial, das sich stetig weiterentwickelnde Know-how sowie Support und Service seinen Kunden überlassen.

Fakt ist, dass dies nicht von heute auf morgen passieren wird: 3D Druck und traditionelle Fertigungstechnologien werden lange nebeneinander co-existieren. Es ist dennoch absehbar, dass die klassische Produktion in naher Zukunft Anteile einbüssen müssen wird, ähnlich wie es schon der Handel über die Ladentheke mit der Einführung des E-Commerce verkraften musste. In diesem Punkt sind sich Wissenschafter, Trendforscher und Wirtschaftsexperten einig: 3D Druck prägt schon heute die Welt von morgen.