Science
20.06.2013

"Günstige 3D-Drucker sind nur Spielzeug"

3D-Drucker werden zunehmend erschwinglicher. Diverse Entwicklungen aus Kickstarter-Projekten und Modelle zum selbst Zusammenbauen sind mittlerweile für niedrige dreistellige Eurobeträge zu erstehen. Die Hersteller von teureren Geräten für die Industrie sorgt das kaum, wie die futurezone von einem Experten erfahren hat.

Die Geräte, die günstig an Endverbraucher abgegeben werden, drucken Objekte im Schmelzschichtungs- oder Fused-Depositioning-Modeling-Verfahren (FDM). Dabei wird ein thermoplastischer Kunststoff aufgeschmolzen und in Schichten, die schnell abkühlen und aushärten, in die gewünschte Form gebracht.

Die 3D-Drucker für den Hausgebrauch bringen allerdings einige Hürden mit sich: Die Einrichtung und in manchen Fällen der Zusammenbau der Geräte ist nicht trivial. Das gilt auch für die Erstellung der 3D-Modelle, die den Druckern als Vorlage dienen. Zudem sind die Geräte oft langsam und die Ergebnisse bedürfen einiger Nachbearbeitung, bevor sie einsatzfähig sind. Überschüssiges Material oder Stützkonstrukte, die bei komplexen Formen notwendig sind, müssen manuell entfernt werden. Die Ergebnisse sind zudem oft nicht exakt reproduzierbar und variieren je nach Material in ihrer Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse.

Begrenzte Einsatzmöglichkeiten
Die futurezone hat mit dem Vertriebspartner des auf Industrie-Geräte spezialisierten Herstellers Stratasys über den aktuellen Hype um 3D-Drucker gesprochen. "Bausätze und andere günstige Consumer-3D-Drucker sind - und das meine ich nicht abwertend - Spielzeug, genau wie die Produkte, die mit ihnen erstellt werden. Das ist etwas für Bastler, die Spaß an der Technologie haben. Ich sehe in privaten Haushalten keinen Bedarf für 3D-Drucker", sagt Kai Schwinghammer von alphacam Austria, dem Unternehmen, das Vertrieb und Service für Stratasys in Österreich abwickelt.

Es gibt mittlerweile Software, die das Erstellen von 3D-Modellen durch Abwandlung von Vorlagen auch für Laien ermöglicht und ganze Bibliotheken von fertigen Vorlagen, die aus dem Netz geladen werden können. Braucht ein Nutzer aber eine ganz bestimmtes Objekt, etwa ein Ersatzteil für eine Geschirrspülmaschine, stößt er mit solchen Technologien schnell an seine Grenzen. Zudem sind die Kosten für die verwendeten Kunststoffe, die je nach Anforderung variieren, und Verschleißteile für Nutzer, die lediglich ab und an eine individuelle Tasse oder eine Vase drucken wollen, auch bei billigen Druckern relativ hoch.

Bastler und Schulen
Gelegenheitsproduzenten können außerdem auf eine ganze Reihe von Anbietern zurückgreifen, die 3D-Modelle online annehmen, ausdrucken und per Post ausliefern und zwar auch in Größen und Materialien, die für Heimanwender kaum erschwinglich sind. Ein Vorteil günstiger Drucker für den Privatgebrauch ist aber, dass sie oft höhere Auflösungen - das heißt feinere Schichtungen - erlauben als teurere Geräte für die Industrie, die meist einen Kompromiss aus Auflösung und Produktionsgeschwindigkeit anstreben.

Aus diesen Gründen spielt der Consumer-Markt für große Hersteller im industriellen Bereich kaum eine Rolle. "Unsere einziger FDM-Drucker, der sich auch an Endverbraucher richtet, kostet 7.800 Euro und ist hauptsächlich in Schulen im Einsatz. Sehr vereinzelt gibt es aber auch Modellbauvereine oder gar Privatpersonen, die ein solches Gerät besitzen. Der hohe Preis ist der verwendeten Technologie geschuldet. Wir heizen unsere Bauräume auf 80 Grad Celsius, um unter gleichbleibenden Bedingungen drucken zu können, was die exakte Reproduzierbarkeit und die Widerstandsfähigkeit der Produkte gewährleistet. Das erhöht die Anforderungen an Schmierung, Elektronik und Materialien", so Schwinghammer.

Steigende Nachfrage
Weniger problematisch sind die hohen Anschaffungskosten im industriellen Bereich, wo 3D-Drucker sich wachsender Beliebtheit erfreuen. "Aus dem Prototyping-Bereich sind 3D-Drucker kaum mehr wegzudenken. Berufe wie Modellbauer für die Autoindustrie sterben zunehmend aus. Auch die Produktion von Teilen in Kleinserien nimmt zu. Die Klimaanlagenluftführung des VW-Phaeton beispielsweise kommt aus dem 3D-Drucker", so Schwinghammer.

In Österreich verkauft allein Stratasys mittlerweile eine hohe zweistellige Anzahl von industriellen 3D-Druckern pro Jahr und die Tendenz ist steigend. In Firmen befördern zunehmend günstig verfügbare Rechenleistung und der Siegeszug des computergestützten 3D-Modelings den Einsatz von 3D-Druckern schon lange. "Dort ist die Technologie teilweise schon über 20 Jahre lang im Einsatz", sagt Schwinghammer. Modelle können mit den entsprechenden Geräten in relativ kurzer Zeit eins zu eins in die Realität umgesetzt werden. Die Produktion eines in sich verwundenem Salzstreuers mit abschraubbarem Deckel dauert in einem modernen Industrie-Drucker rund 50 Minuten.

Hohe Anforderungen
Die Anforderungen an Produkte aus der Industrie sind natürlich ganz andere als bei Geräten für Privathaushalte. "Unsere FDM-Produkte sind mit einer Genauigkeit von 0,1 Millimeter reproduzierbar. Stützmaterial kann mittels einer basischen Lösung einfach und schnell entfernt werden, auch bei größeren Stückzahlen. Wie bieten über 120 verschiedene Kunststoffe für hohe Belastbarkeit in verschiedensten Anwendungsbereichen. Unsere größten Analgen können Objekte bis zu 914 mal 610 mal 914 Millimeter fertigen", erklärt Schwinghammer.

Solche Riesendrucker sind auch entsprechend teuer. Die Kosten belaufen sich auf bis zu 500.000 Euro pro Stück. "Ein Preisverfall, wie es ihn etwa bei Laserdruckern gegeben hat, ist nicht in Sicht. Mechanik, die mit höheren Temperaturen umgehen kann, kostet. Große Schritte sind nicht zu erwarten, weil die Technologie schon relativ ausgereift ist", so Schwinghammer.

Technischer Fortschritt
Bei anderen, neueren Technologien ist der Spielraum für schnelle Weiterentwicklung größer. Bei der Verwendung von unter UV-Licht aushärtenden, flüssigen Kunststoffen können verschiedene Materialkonsiistenzen, von gummiartig bis hart erreicht und in einem Objekt kombiniert werden. Auch durchsichtige Werkstücke sind möglich. Bei anderen Verfahren, etwa dem Lasersintern, bei dem Objekte aus Metall- oder Kunststoffstaub zusammengeschmolzen werden, sind weitere Preissenkungen durch günstigere Laser zu erwarten.

Für den Heimgebrauch eignen sich diese Technologien derzeit nicht. In der Industrie sind aber einige Fortschritte zu erwarten. "In Industriedesign sind 3D-Drucker schon Alltag. In 10 Jahren wird es möglich sein, eine komplette Couch zu drucken. Ob sich das wirtschaftlich durchsetzt, wird der Markt entscheiden", prophezeit Schwinghammer. Im privaten Bereich sieht Schwinghammer aber auch in Zukunft wenig Einsatzmöglichkeiten.  

"Der Aufwand wird im Verhältnis zum Nutzen auch in Zukunft zu groß sein. Und den Replikator aus Star Trek werden heutige Menschen in ihrer Lebenszeit wohl nicht mehr erleben. Vielleicht schaffen sich einzelne Privatpersonen einen Drucker an und werden zu Dienstleistern, die Auftragsarbeiten erledigen. Einen Massenmarkt sehe ich weiterhin nicht", erklärt Schwinghammer.

Waffe als Problem
Dass mit zunehmend ausgereifterer Technologie und der steigenden Zahl der Geräte auch die Gefahr für einen Missbrauch der modernen Industriedrucker besteht, ist für die Hersteller ein Problem. Das zeigt auch die Diskussion um die kürzlich mit einem Stratasys-Drucker gefertigte Waffe aus dem 3D-Drucker. "Wir verkaufen Geräte fast ausschließlich an Firmen. Missbrauch können wir aber nicht verhindern. Wenn entsprechende Baupläne existieren, verbreiten sie sich unaufhaltbar im Internet", so Schwinghammer. Die Gefahr vom massenhaft produzierten Kunststoffwaffen sieht er aber nicht: "Unsere Materialien sind für Belastungen, wie sie in einer Faustfeuerwaffe entstehen, nicht ausgelegt. Es gibt einen Grund, weshalb normalerweise Stahl verwendet wird. Die negative Publicity, die wir durch die gedruckte Waffe bekommen haben, ist schlecht für uns."

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