Die Zukunft des 3D Drucks
Ein Ausblick auf mögliche Entwicklungen
In unseren letzten beiden Beiträgen haben wir Sie mit auf eine Zeitreise durch die Geschichte des 3D Drucks genommen, von ihren frühen Anfängen bis zum heutigen Entwicklungsstand. Doch wie wird sich die Technologie in den kommenden Jahren weiterentwickeln? Dazu wollen wir heute einen Ausblick in die Zukunft des 3D Drucks in verschiedenen Branchen wagen.
Maschinenbau
Den größten Anwendungsbereich der Additiven Fertigung stellt heute die Maschinenbaubranche dar und an ihr lassen sich beispielhaft auch einige allgemeine Vorteile des 3D Drucks festmachen, die der Technologie zum einen zu ihrem heutigen Entwicklungsstand verholfen haben und zum anderen auch für die zukünftige Weiterentwicklung von Bedeutung sein werden.
Die Additive Fertigung bietet so unter anderem die Möglichkeit, vor allem Einzelbauteile und Kleinserien, bei welchen konventionelle Herstellungsverfahren nicht wirtschaftlich sind, schnell, flexibel und kosteneffizient zu produzieren. Zudem zeichnet sich der 3D Druck durch den Vorteil aus, die zunehmende Nachfrage nach individualisierten und personalisierten Produkten sehr einfach bedienen zu können. Durch die werkzeuglose Fertigung sind für die Herstellung von Produkten zudem keine langen Vorlaufzeiten nötig und die Produkte können außerdem wieder zunehmend lokaler hergestellt werden. Nicht zuletzt in der Corona-Pandemie konnte der 3D Druck dabei beweisen, dass die Technologie so vor allem auch bei Lieferengpässen und Unterbrechungen von Lieferketten schnelle Lösungen bieten kann. Diese Vorteile und das Wissen darum werden bestimmt auch in zukünftigen Krisensituationen zum Einsatz kommen.
Zudem ist die Entwicklung der 3D Druck Technologie auch noch lange nicht abgeschlossen und es kommt nach wie vor zu ständigen Verbesserungen und Neuerungen der verschiedenen Verfahren. Und nicht nur die Technologie selbst, sondern auch die dafür verwendeten Materialien werden fortlaufend weiterentwickelt und an neue Bedürfnisse angepasst. So kann angenommen werden, dass zukünftig nicht nur noch stabilere und widerstandsfähigere Materialien auf dem Markt zu finden sein werden, sondern zum Beispiel auch zunehmend Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, die dem Wunsch nach einer allgemein nachhaltigeren Produktion nachkommen.
Gesundheitsbranche
Die Additive Fertigung wird in der Gesundheitsbranche heute in einigen Bereichen, wie beispielsweise der Herstellung von Zahnimplantaten, bereits als Standardverfahren verwendet. Auch für die Herstellung von Prothesen und Orthesen wird inzwischen immer häufiger auf den 3D Druck zurückgegriffen, da diese mit der Technologie sehr genau auf den Körper des jeweiligen Patienten zugeschnitten werden können.
Besonders durch die einfache Individualisierbarkeit verspricht der 3D Druck in diesem Bereich auch für die Zukunft großes Potential. In einer kürzlich von „Reserach and Markets“ veröffentlichten Studie wird geschätzt, dass der Markt für den 3D Druck im Gesundheitswesen im Jahr 2020 1.036,58 Mio. $ betrug und bis 2030 voraussichtlich 5.846,74 Mio. $ erreichen wird, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 20,10 %.
Neben der Herstellung von Implantaten und Prothesen ist für die Zukunft vor allem das sogenannte Bioprinting, d.h. der 3D Druck mit organischen Substanzen, vielversprechend. Ziel der Forschung ist es hier, menschliche Organe mittels 3D Druck herzustellen. Zwar steht dieses Feld momentan noch relativ am Anfang der Forschung, es konnten jedoch bereits erste Erfolge verzeichnet werden. So gelang es Forschern an der Universität Tel-Aviv 2019 beispielsweise, ein verkleinertes Modell eines Herzens aus menschlichen Zellen zu drucken. Diese Errungenschaft lässt durchaus hoffen, dass es einmal möglich sein wird, 3D gedruckte Organe zu implantieren, die dank der Technologie zudem perfekt auf den einzelnen Patienten abgestimmt sind. Dadurch könnte zahlreichen Patienten geholfen werden, die heute noch vergeblich auf ein passendes Spenderorgan warten.
Architektur und Baubranche
Dass ein komplettes Gebäude mittels 3D Druck hergestellt wird, mag zwar wie eine Zukunftsvision klingen, ist allerdings bereits Realität. In Deutschland wurde das erste additiv gefertigte Wohnhaus beispielsweise 2021 in Nordrhein-Westfalen errichtet. Der Druckprozess dauerte etwas länger als 100 Stunden und wurde mit dem modularen Beton-3D-Drucker BOD2 des dänischen Unternehmens COBOD durchgeführt. Das Projekt war eine Zusammenarbeit von COBOD und dem deutschen Bauunternehmen Peri.
Es ist allerdings nicht das einzige 3D gedruckte Gebäude, das es heute bereits gibt. Auch in unter anderem den USA, Frankreich oder Marokko wurden schon ähnliche Projekte realisiert. Ähnlich wie das Bioprinting, ist zwar auch der 3D Druck von Gebäuden ein noch relativ neuer Trend, aber diese ersten Projekte lassen bereits erahnen, welche Möglichkeit sich hier für die Zukunft ergeben können.
So könnte Wohnraum durch den 3D Druck zukünftig nicht nur deutlich schneller und kostengünstiger geschaffen werden. Auch bei der Gestaltung der Gebäude ergeben dich durch die Technologie deutlich größere Freiheiten. Zudem ist der 3D Druck meistens ressourcenschonender als herkömmliche Verfahren und es wird bereits heute in verschiedenen Projekten an umweltfreundlichen Baumaterialien, beispielsweise aus landwirtschaftlichen Abfällen oder Pflanzenfasern, geforscht. Somit könnte die Technologie in Zukunft auch dazu beitragen, die Bauindustrie nachhaltiger zu gestalten.
Luft- und Raumfahrt
Die Luft- und Raumfahrt hat als eine der ersten Branchen auf die Additive Fertigung gesetzt und mitunter die meisten Innovationen im 3D Druck vorangetrieben und gefördert. Da sich bei Flug- und Raumfahrzeugen selbst kleine Gewichtseinsparungen äußerst positiv auf die späteren Betriebskosten auswirken, nutzen Entwickler und Ingenieure die großen Freiheiten im Konstruktionsbereich tatkräftig aus, um komplexe Leichtbauteile herzustellen.
Während der 3D Druck für die Herstellung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt also bereits erfolgreich eingesetzt wird, interessiert sich die Forschung inzwischen besonders für den 3D Druck im Weltall selbst. Die ersten im All gedruckten Teile wurden dabei 2020 mit dem Stereolithografie Verfahren aus Keramik hergestellt. Durch die fehlende Schwerkraft wiesen diese Teile eine höhere Festigkeit und geringere Eigenspannung auf als bei einem Druck auf der Erde. Wenn auf diese Weise in Zukunft stabilere Bauteile gefertigt werden könnten, würde dies auch zahlreiche neue Möglichkeiten für Industrie und Wirtschaft eröffnen.
Auf der ISS wird momentan außerdem auch am Bioprinting geforscht. Ziel ist es, herauszufinden, ob damit bei Langzeit-Weltraumexpeditionen und Plantetensiedlungen die medizinische Behandlung unterstützt werden könnte. Auch die Versorgung mit Lebensmitteln kann eine Herausforderung in der Raumfahrt darstellen und auch hier könnte der 3D Druck zukünftig Lösungen bieten. Dazu laufen momentan verschiedene Projekte, in denen beispielsweise versucht wird, mittels 3D Druck essbares Fleisch aus Rinderzellen herzustellen. Der 3D Druck von Lebensmitteln könnte dabei in Zukunft nicht nur im Weltall von Vorteil sein, sondern auch auf der Erde dazu beitragen Versorgungs- und Lebensmittelkrisen entgegenzuwirken.
Ob sich unser Zukunftsausblick bewahrheiten wird und wie sich der 3D Druck in den nächsten Jahren tatsächlich entwickeln wird, können wir natürlich nicht mit Sicherheit vorhersagen. Wir sind uns aber sicher, dass in der Technologie nach wie vor viel Potential steckt und sind gespannt, wohin die Zukunft der Additiven Fertigung führt.