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Raketentriebwerke und Implantate

Was mit 3D-Druckern bereits hergestellt wird

In Science-Fiction-Filmen ist es ganz einfach. Kaum bestellt, kommt der gewünschte Gegenstand aus einer Kiste. Wie so oft, war auch hier die Science-Fiction Anregung für findige Leute. Nicht immer allerdings mit besten Absichten.

So wurde anlässlich eines gerichtlichen Verbots, Baupläne für Pistolen ins Internet zu stellen, unlängst die Idee von Schusswaffen aus dem - privaten - Drucker heftig diskutiert. Ein Fan des freien Waffenzugangs für alle in den USA versucht sich seit Jahren daran. Zwar zeigen Tests, dass die mit billigen 3D-Druckern aus dem Elektronikmarkt nach den Plänen hergestellte Kunststoffpistole bestenfalls zufällig funktioniert. Doch auf teuren Profigeräten ließe sich eine für mehrere Schüsse taugliche Waffe herstellen.

In der boomenden Branche hat man das Wiederaufflammen des Rechtsstreits um die Verbreitung von Waffenbauplänen verärgert zur Kenntnis genommen. Negative Schlagzeilen sind eben schlecht fürs Geschäft.

Technisch, so Bernhard Müller, Sprecher der Allianz »Generative Fertigung« der Fraunhofer-Gesellschaft, hat sich seit den Meldungen über gedruckte Pistolen im Jahre 2012 noch nicht so viel verändert. Selbst ein Industrie-3D-Drucker für metallische Bauteile erzeuge nicht ansatzweise die Bauteilqualität für eine Präzisionsschusswaffe. Nötig wäre eine Weiterbearbeitung mit Fräs- oder Drehmaschinen. Allerdings bekomme man die heute in China computergesteuert auch schon für wenige Tausend Euro.

Was Müller besonders ärgert: dass die Debatte über Waffen aus dem Drucker von Vorteilen der neuen Technologie ablenkt. Anders als klassische Umformverfahren wie Pressen oder Gießen muss man beim 3D-Druck keine Werkzeuge anschaffen oder Formen herstellen. Es sind nur Druckmaschine, Rohmaterial und digitale Steuerdaten nötig. Der wichtigste Vorzug allerdings ist die Möglichkeit, hochkomplexe Formen mit inneren Hohlräumen in einem Arbeitsgang herzustellen. Lange wurden entsprechende Techniken nur zur Herstellung von Gussmodellen und Prototypen genutzt und deshalb Rapid Prototyping genannt.

Heute wird die Technik auch in der eigentlichen Produktion genutzt. In der Flugzeugindustrie etwa kann man damit Bauteile besonders leicht und dennoch extrem stabil produzieren. Bei den Stückzahlen moderner Verkehrsflugzeuge - 60 Stück pro Monat beim Airbus-Bestseller A320 - ist der 3D-Druck für manche Teile bereits konkurrenzfähig zu traditionellen Verfahren wie Schmieden oder Feinguss. Beim Material gibt es inzwischen kaum noch Grenzen. Fraunhofer-Experte Müller erläutert, dass alle drei technisch relevanten Materialgruppen - also Kunststoffe, Metalle und keramische Werkstoffe - im 3D-Druck verarbeitet werden können.

Beim US-Triebwerkshersteller General Electric wird derzeit ein Turboprop-Antrieb getestet, der zu großen Teilen aus dem 3D-Drucker stammt. Beim »GE Catalyst« konnten dank 3D-Druck 855 Einzelteile eines herkömmlichen Turboprops auf zwölf reduziert werden. Auch Raketenhersteller nutzen den 3D-Druck inzwischen. Die Triebwerke der 2017 erstmals gestarteten Rakete »Electron« des US-Unternehmens Rocket Lab stammen zu großen Teilen aus dem 3D-Drucker.

Der 3D-Druck erleichtert überdies die Integration zusätzlicher Funktionen in ein Produkt. Bernhard Müller berichtet, dass in der Forschung bereits daran gearbeitet wird, Sensoren in die Bauteile einzudrucken. In der Regel - so der Fraunhofer-Forscher - bringt es nichts, Bauteile, die man auch konventionell fertigen könnte, im 3D-Drucker herzustellen. Die Technik sei nur dann sinnvoll, wenn man Bauteile entwirft, die sich anders gar nicht machen lassen und zugleich einen technischen Mehrwert für das Endprodukt bringen.

Erste Anwendungen in der Serienproduktion gibt es inzwischen auch in der Autoindustrie. BMW verwendet im i8-Roadster ein Druckteil aus Aluminium in der Mechanik des Autoverdecks. Für große, glatte Bauteile wie die Windschutzscheiben oder Massenprodukte mit hohen Genauigkeitsanforderungen wie die Kugellager ist der 3D-Druck auf absehbare Zeit nicht sinnvoll. Und auch bei futuristischen Elektromotorrädern wie dem »Light Rider« der Airbus-Tochter APWorks scheint der Teufel im Detail zu stecken. Eine für 2017 angekündigte Kleinserie ist noch immer im Ankündigungsstadium.

Je nach Material sind dem 3D-Druck einstweilen auch bei der Größe Grenzen gesetzt. Beim Keramikdruck ist man heute noch bei sehr kleinen filigranen Bauteilen, die allenfalls faustgroß sind. Das verbreitete Laserstrahlschmelzen von Metallpulvern (siehe Kasten) braucht einen abgeschlossenen Arbeitsraum, da die Pulver unter einem Schutzgas verarbeitet werden müssen. Die aktuellen Industriegeräte können Objekte von der Größe eines Schuhkartons herstellen. Beim Schmelzschichtverfahren mit Kunststoff geht es bis zu knapp einem Kubikmeter. Aber es gibt auch Systeme, wo der Arm eines Industrieroboters den Druckkopf trägt. Damit lassen sich auch größere Bauteile herstellen. Im Bauwesen gibt es inzwischen Versuche, mit sogenannten Portalrobotern ganze Häuser zu drucken. Für besonders beanspruchte Teile wie Decken oder Dächer sind noch zusätzliche Stahlteile nötig, die nicht vor Ort gedruckt werden können, wie Klaudius Henke von der Technischen Universität München sagt. Der 3D-Druck von Gebäuden interessiert auch die Raumfahrtorganisationen, die damit bei künftigen Flügen zum Mond oder gar Mars mit dort vorhandenem Material Schutzbauten für die Astronauten errichten wollen.

Vielversprechend ist der 3D-Druck besonders in der Medizin. Implantate kann man auf diese Weise relativ preisgünstig individuell anpassen. Geforscht wird auch an Möglichkeiten mit bioverträglichen Materialen Strukturen zu drucken, auf denen sich dann lebende Zellen ansiedeln und implantierbare Gewebe bilden.

Während diese Anwendungen noch Zukunftsmusik sind, verhilft der 3D-Druck Bastlern inzwischen zu Ersatzteilen für alte Geräte. In sogenannten Fab Labs legen sich Bastler gemeinsam hochwertigere 3D-Drucker und andere Werkzeuge zu. Die Labs legen nicht nur Nutzungsbedingungen fest. Ein Hamburger Fab Lab hat sich schon vor Jahren auf »eine friedliche Nutzung« geeinigt: keine Waffen oder Waffenteile und keine Konstruktionsdateien für Waffen.