3D-Druck

• Wenn der US-Präsident sich eines Themas annimmt, hat das Gewicht. Gerade wenn er es bei der viel beachteten State-of-the-Union-Rede tut, in der Regierungschefs einmal im Jahr dem Kongress und der Öffentlichkeit Bericht erstatten. Lyndon B. Johnson rief 1964 bei diesem Anlass den Krieg gegen die Armut aus, was zu grundlegenden Sozialreformen in den USA führte. Und 2013 erklärte Barack Obama den 3D-Druck zur Schlüsseltechnologie bei seiner großen Rede: „Ein einst stillgelegtes Lagerhaus ist jetzt ein hochmodernes Labor, in dem neue Mitarbeiter den 3D-Druck beherrschen, der das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir fast alles herstellen, zu revolutionieren.“ Er meinte damit ein Pilotprojekt im Bundesstaat Ohio, das er im Vorjahr initiiert hatte.

Um den 3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, war Anfang der Zehnerjahre ein Hype ausgebrochen. Lebensmittel, Industriebauteile, Schusswaffen, Diamanten, menschliche Organe – all das sollte gedruckt werden. Und die Fertigung, so die damalige Fantasie, würde in Industrieländern so billig werden, dass sogar die Jobs, die in Niedriglohnländer abgewandert waren, zurückkehren würden. Lange Lieferwege wären ebenfalls Geschichte.

Die Befürworter der Technik träumten öffentlich davon, dass demnächst alle Haushalte eigene 3D-Drucker haben würden. Der Markt sollte laut Prognosen von 1,8 Milliarden Dollar im Jahr 2014 auf mindestens 50 Milliarden Dollar im Jahr 2025 anwachsen.

Auf Euphorie folgt Absturz

Doch daraus wurde nichts. Global liegt das Marktvolumen zwar bei etwa 13 Milliarden Dollar. Aber weder Organe noch relevante Anteile der industriellen Fertigung kommen aus dem 3D-Drucker. Die Revolution blieb aus.

Doch während sich nach dem ersten Hype viele enttäuscht abwandten, arbeiteten andere weiter. Unter ihnen ist Matthias Himmelsbach, Leiter der additiven Fertigung bei Trumpf. Wer ihn treffen will, muss nach Ditzingen fahren. Dort hat der milliardenschwere Maschinenbaukonzern, vor allem bekannt für Lasertechnik, seinen Sitz. Heute ist er auch mit dem Verkauf von 3D-Druckern für die Industrie erfolgreich – denn das Unternehmen investierte auch nach der Euphorie weiter in die Technik.

Beim 3D-Druck zeigt sich, was es bedeutet, wenn eine Firma den sogenannten Gartner-Hype-Zyklus durchläuft.

Geprägt hat diesen Begriff Jackie Fenn, Beraterin beim Analysehaus Gartner, in den Neunzigerjahren. Laut ihrem Modell durchlaufen die meisten Techniken fünf Phasen.

Am Anfang steht ein „technologischer Auslöser“ (Phase 1 des Hype-Zyklus), etwa ein Durchbruch in einem bestimmten Bereich oder ein Produkt. Beim 3D-Druck bestand dieser Auslöser vermutlich in einer Reihe von Innovationen und Ereignissen zwischen 2000 und 2010. So entstanden damals der erste kostengünstige 3D-Drucker und die erste Open-Source-Software dafür. 2009 liefen zudem mehrere Patente für die Technik aus.

Von 2010 an folgte der „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ (Phase 2 des Hype-Zyklus): Plötzlich gab es überall Berichte, was die neue Technik leisten könne, sie erhielt maximale Aufmerksamkeit. Als sie diese Erwartungen nicht erfüllte, folgte das „Tal der Enttäuschungen“ (Phase 3). Das Interesse nahm ab, der 3D-Druck schien ein Flop zu sein. In den vergangenen Jahren durchliefen auch die Blockchain, das autonome Fahren oder Virtual Reality diese Phasen.

Dann kam der „Pfad der Erleuchtung“ (Phase 4): Sobald die überzogenen Erwartungen abgeklungen waren, ließen sich die tatsächlichen Vorteile der Technik herausarbeiten und nutzen. Schließlich folgte das „Plateau der Produktivität“ (Phase 5) – die Technik ist im Einsatz und entwickelt sich kontinuierlich weiter. Und es gibt Geld zu verdienen.

Dort ist der 3D-Druck nun angekommen. Die meisten Blockchain-Anwendungen befinden sich dagegen nach wie vor im Tal der Enttäuschungen, so Analysten von Gartner. Lediglich einige Kryptowährungen hätten das Plateau bereits oder fast erreicht. Die künstliche Intelligenz sieht die Beratung derzeit noch auf dem Gipfel, der Absturz könnte anstehen.

Hinter dem Begriff 3D-Druck verbergen sich mehrere Verfahren, das Grundprinzip ist aber stets ähnlich. Am Computer wird ein dreidimensionales Modell erstellt und an einen Drucker geschickt. Dabei teilt eine Software das Modell in viele dünne Scheiben auf, die der Drucker nach und nach als Schichten auf eine Arbeitsfläche aufträgt. So wächst das gewünschte Objekt allmählich heran. Das Material – meist Kunststoff oder Metall – wird je nach Verfahren geschmolzen und wieder verhärtet. Oft kommen dabei Laser zum Einsatz. Genau darin sah der Laserspezialist Trumpf seine Chance.

In den Zehnerjahren investierte die Firma viel Geld in den 3D-Druck, in der Hoffnung, dass so der nächste wichtige Geschäftszweig entsteht. Wachstumsraten von 40 bis 45 Prozent pro Jahr habe die Branche erwartet, darunter auch Trumpf. „Doch die Erwartungen haben sich nicht erfüllt“, sagt Himmelsbach, Leiter der additiven Fertigung im Konzern.

Neuer Fokus

„Die Fehleinschätzung war, dass 3D-Druck eine disruptive Technologie sei“, sagt Adrian Reisch, Partner bei der Unternehmensberatung EY. Er berät seit 20 Jahren Firmen bei der digitalen Transformation, vor allem bei Wertschöpfungsketten. Seiner Einschätzung nach werde der 3D-Druck die Fertigung nicht innerhalb weniger Jahre grundlegend verändern, „aber langfristig wird er sehr wichtig für die Industrie“. Nur bringt eine langfristige Entwicklung keine Umsatzsprünge von 50 Prozent.

Stattdessen erst mal Ernüchterung. „Wir mussten unsere Strategie anpassen“, sagt Matthias Himmelsbach. Mega-Wachstum war nicht abzusehen, aber einige Märkte adaptierten den 3D-Druck schnell. Sich auf diese zu konzentrieren versprach zumindest ein moderates Wachstum.

Welche Märkte das sind, erfährt man in den Katakomben der Trumpf-Zentrale. Weite Teile sind unterirdisch, um Platz zu sparen. In einem der Kellerräume befindet sich das 3D-Druck-Labor: vollgestopft mit Druckermodellen, die bei ihrer Größe von Kühlschrank bis Geländewagen variieren. Neben dem Labor befindet sich ein kleiner Showroom, in dem die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die Produkte präsentieren, die heute primär mit 3D-Druck gefertigt werden und für die das Unternehmen die Hardware liefert. Es sind im Wesentlichen drei Sektoren: Dentaltechnik (Zahnersatz), Medizintechnik (Gelenkprothesen) und die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Denn wenn es um individuelle Produkte geht, ist die additive Fertigung klassischen Produktionsverfahren überlegen. Zahnersatz und künstliche Gelenke müssen an den Patienten angepasst werden. In der Raumfahrt geht es darum, möglichst leichte Teile herzustellen. Zudem werden teure Materialien im 3D-Drucker sparsamer verarbeitet. Denn ein Bauteil wird nicht aus einem großen Block herausgefräst, sondern es wird nur exakt so viel Material wie nötig im Drucker verarbeitet.

Belebung des Marktes

In Deutschland setzen daher nach wie vor einige Firmen auf die Technik. Neben Trumpf zählt dazu das Unternehmen GE Additive, das 2016 unter anderem das oberfränkische Unternehmen Concept Laser übernahm. Mit EOS aus Krailing bei Starnberg gibt es einen weiteren großen Druckerhersteller im Land und mit BASF einen der führenden Hersteller der Substrate, also der Materialmischungen, für den 3D-Druck. Sie alle haben den Hype mitgemacht und sind durch das Tal der Tränen gegangen. Nun hoffen sie auf ein lukratives Geschäft.

Doch obwohl der heutige 3D-Druck für viele Branchen interessant ist, schrecken einige Firmen vor einem Einstieg zurück. „Viele haben etablierte Fertigungsverfahren und wissen nicht, wie sie die additive Fertigung ergänzend einsetzen können“, sagt Rainer Gebhardt, Referent für Additive Manufacturing beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA). Gebhardt ist seit 2012 beim VDMA, zuvor hat er Karriere im 2D-Druck gemacht, beim Druckmaschinenhersteller Manroland. Ihm zufolge schreckt viele Firmen vor allem der höhere Preis beim 3D-Druck ab: „Der rechnet sich zwar häufig bei der Nutzung des Bauteils wieder raus, aber oft ist die Herstellung erst mal teurer.“

In der Massenfertigung sind herkömmliche Verfahren wie der Spritzguss nach wie vor deutlich billiger. Bei Metallbauteilen, die in Großserie gefertigt werden, ist der 3D-Druck bis zu achtmal teurer.

Einen Schub habe die Pandemie der Technik verliehen, als viele Lieferketten plötzlich unterbrochen waren. „Da haben sich die Firmen das Thema angeschaut, in der Hoffnung, fehlende Teile vor Ort produzieren zu können“, sagt Gebhardt. Mittlerweile finden sich in seiner Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing mehr als 200 Firmen. Begonnen hat er 2014 mit 35.

Der Analysedienst Additive Manufacturing Research prognostiziert für das erste Halbjahr 2024 einen weltweiten Umsatz mit 3D-Druck von rund sieben Milliarden Dollar. Für die kommenden Jahre gehen Pessimisten von hohen einstelligen Wachstumsraten aus, Optimisten von Raten bis zu 20 Prozent. Jene Firmen, die in der schwierigen Phase am Ball geblieben sind, können nun von dem Wachstum profitieren.

Bei Matthias Himmelsbach von Trumpf klingt es eher nach „Plateau der Produktivität“: „Der 3D-Druck ist in der industriellen Fertigung angekommen, die Kunden haben mittlerweile ein realistisches Bild, kennen die Grenzen und die Vorteile.“ Es gebe ein kontinuierliches Wachstum. Genaue Zahlen will Trumpf aber nicht nennen.

Eine große Hoffnung haben viele Gesprächspartner jedoch noch, wenn sie über den 3D-Druck sprechen: dass künstliche Intelligenz viel erleichtern wird, wenn es etwa um das Design der Modelle oder die effiziente Ausrichtung auf der Bauplattform geht. „Auch wir und unsere Kunden nutzen KI schon“, sagt Himmelsbach. Bleibt nur die Frage, ob KI die Erwartungen erfüllen kann – oder ob hier nicht eher das nächste Tal der Enttäuschungen lauert. ---