Fünf Szenarien bis 2035 Wie 3D-Drucker ganze Branchen verändern können

Sie gelten als das nächste große Technik-Ding: Bereits heute stellen 3D-Drucker perfekte Zahnkronen her. In wenigen Jahren könnten sie sogar Häuser drucken - mit Daten aus der Cloud. Fünf Szenarien, welche Branchen 3D-Printing unter Druck setzen wird.
Ein 3D-Drucker in Aktion: Noch steckt die Branche in den Kinderschuhen - doch das könnte sich in wenigen Jahren ändern

Ein 3D-Drucker in Aktion: Noch steckt die Branche in den Kinderschuhen - doch das könnte sich in wenigen Jahren ändern

Foto: Sebastian Kahnert/ dpa

Hamburg - Es kommt eher selten vor, dass Staatschefs das Wort Revolution in den Mund nehmen. Bei Barack Obamas jüngster Rede zur Lage der Nation war das anders: Der 3D-Druck habe das Potenzial, die "Art und Weise, wie wir fast alles machen, zu revolutionieren", urteilte der US-Präsident im März über die zwei Jahrzehnte alte Technologie.

Tatsächlich bewegen sich die Hersteller von 3D-Druckern aus ihrer Nische. Die bestand bis vor kurzem darin, Industrieunternehmen viele tausend Euro teure Drucker für die Herstellung von Prototypen zu verkaufen. Doch nun wollen erste Unternehmen die Drucker in der Produktion einsetzen. Eine Konzeptstudie hat gezeigt, dass es möglich ist, leichte Türscharniere für Airbus Langstreckenflieger im 3D-Druckverfahren herzustellen. Formel-1-Rennställe erzeugen manche Teile für ihre Rennboliden bereits im Drucker, statt sie aufwändig gießen zu lassen.

"Da können Geometrien realisiert werden, die mit mechanischer Umformung gar nicht erzeugbar sind", sagt Andreas Baader, Managing Partner der Unternehmensberatung Barkawi Management Consultants. Schicht für Schicht bauen die Drucker die im Computer entworfenen dreidimensionalen Gegenstände nach. In den Anfangstagen konnten die Drucker nur Plastikgegenstände herstellen, die durch das punktgenaue Einschmelzen von Kunststoffen entstanden. Seit einigen Jahren lassen sich im 3D-Drucker aber auch Metallteile herstellen - mit Hilfe von Lasern, die ein in Pulverform vorliegendes Grundmaterial schichtweise härten.

Noch ist das Ausdrucken von Metallteilen deutlich teuer als die Herstellung per Gussform und dauert Stunden. Im industriellen Bereich werden die 3D-Drucker derzeit nur für die Produktion hochpreisiger Einzelteile eingesetzt oder bei Bauteilen, die aufgrund ihres komplizierten Aufbaus besonders leicht und stabil sind. In letzter Zeit entdeckt auch die Medizinbranche die Vorteile der Technologie: So entstehen individuell angepasste Zahnkronen heute bereits in 3D-Druckern. "Mit dem Druck von Titanteilen sind auch individuell angepasste künstliche Hüftgelenke oder Schädelplatten aus dem Drucker möglich", meint Baader.

Hersteller drängen aus der Nische

Seit kurzem versuchen sich einige Druckerhersteller am Massenmarkt - mit Druckern, die ab 1000 Euro verkauft werden. Noch verwenden die Billigdrucker zwar einfache Technologien und können nur Plastikteile drucken. Druckvorlagen dafür finden Nutzer in der Datenwolke: Internetplattformen wie Thingiverse bieten Gratis-Downloads von 3D-Dateien an, bei Anbietern wie 3DLT kosten die Vorlagen um die 20 Dollar.

Doch für die kommenden Jahre rechnet Produktionsexperte Baader mit deutlichen Fortschritten bei der Drucktechnik und niedrigeren Kosten. "Wenn sich das jeder auf den Schreibtisch stellen kann, wird es spannend", sagt er.

Im vergangenen Jahr setzten die 3D-Druckerhersteller weltweit zwischen 1,5 und 2,2 Milliarden Dollar um, zeigen Schätzungen von J.P. Morgan und dem Beratungsunternehmen Wohlers Associates. Bis 2019 soll sich der Umsatz der Branche auf über sechs Milliarden Dollar verdreifachen. Ob sich der Markt letzlich so rasant entwickelt, ist aber unsicher. Einen Massenmarkt für die Drucker gibt es noch nicht, zahlreiche Player erhalten noch üppige Subventionen in Form von Forschungsgeldern.

Zwar steckt die Branche in vielen Bereichen noch in den Kinderschuhen. Doch Forscher und Entwickler sehen großes Potenzial für den 3D-Druck. Auch Baader von Barkawi Management Consultants rechnet mittelfristig mit einem drastischen Wandel für die produzierenden Branchen.

Dreidimensionale Metallgebilde aus dem Drucker

Die Unternehmensberatung gilt als Spezialist für das Management von Lieferketten, also das optimale Zusammenspiel zwischen Produzenten, Lieferanten und Sublieferanten. Für Produzenten seien die Einkaufsmenge bei Lieferanten und die Beschaffungszeit bislang die wichtigsten Stellgrößen, sagt Bader. Durch 3D-Druck, der in einigen Jahren überall auf der Welt zu geringen Kosten möglich sein wird, werden sich die Beschaffungswege völlig ändern. "Da tritt schlagartig beinahe eine Totalverfügbarkeit ein", meint er. "Das trifft dann jede Branche, egal ob Komponentenhersteller oder Erzeuger von Fertigprodukten".

So könnten Bauteile in Ländern, wo die Lieferzeiten besonders lang sind, künftig vor Ort gedruckt werden. Im 3D-Druck lassen sich ebenso leicht individuelle Schmuckstücke anfertigen wie etwa Ersatz-Drehknöpfe für Haushaltsgeräte. Und in einigen Jahren könnten sogar wärmeisolierende Bauziegel aus dem Drucker kommen.

Doch wie wirkt sich das konkret auf einzelne Branchen aus? Exklusiv für manager magazin online hat Barkawi fünf konkrete Szenarien entwickelt, wie 3D-Drucker bis 2035 ganze Branchen von Grund auf verändern könnten.

2014: Sesselunikate für jedermann

Im 3D-Drucker hergestellte Goldanhänger: Moderne Drucker können auch filigrane Formen herstellen

Im 3D-Drucker hergestellte Goldanhänger: Moderne Drucker können auch filigrane Formen herstellen

Foto: CPM

Berlin im kommenden Jahr - Für die Website createyourown.com entwirft ein schwedischer Designer per Computer eine neue Sesselform entworfen, eine japanische Künstlerin steuert ein neues Muster bei. Ein deutscher Ingenieur hat noch ein paar Vorschläge gemacht, wie sich der Sitzkomfort der Sesselkreation erhöhen ließe.

Paul, einem Jungarchitekten aus Berlin, sagt die Kreation zu. Per Mausklick bestellt er den Sessel auf der Internetplattform. Zwei Tage später steht der individuelle Designersessel in seinem Wohnzimmer.

Das klingt futuristisch, ist aber nicht weit von der Realität entfernt. Bereits heute gibt es Websites, auf denen Nutzer kleinere 3D-Drucke bestellen können - etwa auf shapeways.com. Auch filigraner Metallschmuck lässt sich bereits in Druckern herstellen (siehe Bild). Produktionsexperte Baader hält es für realistisch, dass in wenigen Jahren etwa Produzenten von hochwertigem Kinderspielzeug Plastikteile nicht mehr in Billiglohnländern gießen lassen - sondern lieber in Deutschland drucken. Zwar sei die Herstellung teurer, doch der hohe Logistikaufwand für die Produktion fernab der Märkte falle dann weg. Noch rechnet sich das allerdings nicht.

2016: Mit gedruckten Werkzeugen zum Marktführer

Modellzeichnung für die Herstellung einer neuen Stanzform für Plastikbecher: Die Kühlelemente sind direkt in der Form integriert

Modellzeichnung für die Herstellung einer neuen Stanzform für Plastikbecher: Die Kühlelemente sind direkt in der Form integriert

Foto: Innomia

USA im Jahr 2016 - Mit einer cleveren Strategie stößt ein Start-Up die bisherigen Marktführer bei der Produktion von Plastikbechern vom Thron. Seine Becher erzeugt das Start-Up mit einem Werkzeug, das direkt aus dem 3D-Drucker kommt. Der Vorteil dabei: In die Metallform aus dem Drucker hat das Unternehmen Kühlspiralen integiert, die das flüssige Plastik bereits während der Verarbeitung aushärten lassen. Mit herkömmlichen Produktionsverfahren für das Stanzwerkzeug wäre es schlicht unmöglich gewesen, die Kühlkanäle so nah an die Oberfläche des Werkzeugs heranzuführen.

Durch die Kühlung bereits beim Plastikgießen lassen sich die Plastikbecher doppelt so schnell erzeugen wie mit bisherigen Produktionsverfahren. Die Energiekosten sinken ebenfalls. Mit seiner neuen Produktionsmethode wurde das Unternehmen in nur drei Jahren zum Marktführer.

Klingt unglaublich? Tatsächlich arbeiten Ingenieure schon heute an solchen gedruckten Werkzeugen (siehe Bild). Erste Versuche mit den optimierten Stanzvorlagen laufen bereits.

2020: Türgriffe selbst gemacht

Bereits heute möglich: 3D-Druck von Zahnkronen im sogenannten Laser-Sinter-Verfahren

Bereits heute möglich: 3D-Druck von Zahnkronen im sogenannten Laser-Sinter-Verfahren

Foto: EOS

Deutschland im Jahr 2020 - Dem Haushaltsgerätehersteller Bosch Siemens gelingt es, seinen Gewinn im Servicebereich zu verdoppeln. Denn Bosch bietet seinen Kunden an, Ersatzteile selber zu drucken. Im Jahr 2020 werden zahlreiche Haushalte 3D-Drucker zu Hause stehen haben, meinen die Experten. Ihnen verkauft der Haushaltsgerätespezialist dann auch passende Druckdateien via Internet.

Kunden können sich Hebel von Toaster, Drehknöpfe von Waschmaschinen oder Innentrennwände von Kühlschränken selbst ausdrucken - in der gewünschten Farbe oder dem Lieblingsmuster. Die entsprechenden Bausätze finden Sie auf eigens dafür eingerichteten Bosch-Servern.

Mit Hilfe der Datensätze in der Cloud löst Bosch auch das Problem der überbordenden Variantenvielfalt bei Knöpfen und Hebeln. In acht Jahren druckt Bosch bereits ein Fünftel seiner Ersatzteile auf 3D-Druckern aus. Das senkt nicht nur die Lagerbestände. Kunden erhalten so auch wesentlich schneller ihr benötigtes Ersatzteil.

Erste Vorstöße in diese Richtung gibt es bereits. Zahntechniker drucken bereits heute Kronen und Brücken auf 3D-Druckern aus, die mit dem Laser-Sinterverfahren arbeiten. Noch kosten solche Geräte mehrere hunderttausend Euro. Die derzeit erhältlichen 3D-Drucker für den Hausgebrauch, die ab 1000 Euro erhältlich sind, sind für solche Anwendungen nicht präzise genug. Doch in den kommenden Jahren dürfte sich das ändern.

2025: Häuslebauer dank 3D-Drucker

Gitternetzstruktur: Denkbar sind neuartige Ziegelsteine mit Hohlräumen, die für besonders gute Wärmedämmung sorgen sollen

Gitternetzstruktur: Denkbar sind neuartige Ziegelsteine mit Hohlräumen, die für besonders gute Wärmedämmung sorgen sollen

Foto: Within

Indien im Jahr 2025 - Eine junge Inderin in Indiens Metropole Mumbai baut sich ihr eigenes kleines Haus aus Bausteinen, die ein indischer Dienstleister mit seinem 3D-Drucker für sie hergestellt hat. Bestellt hat sie die neuartigen Ziegelsteine via Internet, die Vorlagen dafür lagen auf einem Server eines großen Cloud-Computing-Anbieters.

Nachdem Kamala Srivastava die Bauteile abgeholt hat, steckt sie diese in wenigen Tagen zu einem vollständigen Haus zusammen - wie Lego für Erwachsene. Auch in Russland profitiert die Bevölkerung von der neuen Art des Hausbaus. Die leichten Ziegel aus dem 3D-Drucker enthalten speziell geformte Hohlräume, die besonders wärmeisolierend wirken. Das senkt die Heizkosten. Billiger als herkömmliche Ziegelsteine sind die Bauteile obendrein.

Bereits heute experimentiert der deutsche 3D-Druckerhersteller EOS mit solchen neuen Baumaterialien. Im 3D-Drucker erzeugte Gitternetzstrukturen (im Bild) sparen Material und Gewicht. Noch ist der Druck solcher Bauteile allerdings viel zu teuer für den Massenmarkt.

2035: Das Ende der großen Autofabriken

Konzeptstudie für einen Autositz, der komplett in einem 3D-Drucker hergestellt wurde

Konzeptstudie für einen Autositz, der komplett in einem 3D-Drucker hergestellt wurde

Foto: Design Max Kandler / Fraunhofer IPA

Deutschland in 2 Jahrzehnten - Es ist eine gewagte These von Barkawi Management Consultants: Im Jahr 2035 verwandelt Volkswagen sein Stammwerk Wolfsburg in ein Museum. Zwar stellt der Konzern für seine mittlerweile drei Milliarden Mobilitätskunden 200 Millionen Fahrzeuge pro Jahr her. Doch die großen Montagewerke rechnen sich in 20 Jahren nicht mehr, spekulieren die Experten von Barkawi.

Stattdessen werden die Fahrzeuge von vielen kleineren Produzenten hergestellt: VW-Modelle entstehen nun in einem Netzwerk von 100 Computerdesignbüros, 500 spezialisierten Marketingfirmen, 10.000 3D-Schnelldruckstationen sowie 300 Montage- und Testcentern. Die klassische integrierte Autoproduktion in einem Werk existiert nicht mehr.

Unrealistisch? Vielleicht. Doch auch dafür gibt es bereits erste Konzeptstudien: Etwa einen Autositz, der via 3D-Druck hergestellt wurde. Die Hohlräume machen den Sitz nicht nur leichter - sie sorgen auch für eine verbesserte Belüftung.