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Die Fabrik der Zukunft


Der Spiegel - epaper ⋅ Ausgabe 1/2019 vom 28.12.2018

Erfindungen Auto- und Flugzeugteile, Häuser und Brücken, Turnschuhe und Turbinen – all das kommt aus dem 3-D-Drucker. 2019 könnte das Jahr werden, das der revolutionären Herstellungsmethode den Durchbruch bringt.


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Bildquelle: Der Spiegel, Ausgabe 1/2019

Das seltsame Haus ist knapp 50 Quadratmeter klein, hat ein Flachdach und wulstige Wände, wie übereinandergestopfte Weißwürste. Etwas verloren steht das Gebilde am Nordhafen von Kopenhagen, wo Kreuzfahrtschiffe Busladungen von Touristen ausspucken.

Das Hexenhäuschen ist ein Meisterwerk, ein Instant-Klassiker, fast vergleichbar mit der ikonischen Architektur des Guggenheim-Museums. So sieht das ...

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... zumindest Henrik Lund-Nielsen. Denn es ist das wohl erste bautechnisch zugelassene Haus in Europa, das am Computer entstand und dann einfach ausgedruckt wurde – nur nicht mit Tinte, sondern mit Beton. 3D Printhuset nennt sich die Firma dahinter: 3-D-Druckhaus.

»Wir haben das Haus in nur 50 Stunden gedruckt«, sagt Firmenchef Lund-Nielsen, ein knorriger Macher, während seine Finger liebevoll über den wulstigen Beton streicheln: »Aber insgesamt dauerte es zwei Monate, weil wir so viele Fehler gemacht haben. « Er sagt das mit einem gewissen Verpatzerstolz. Denn alle Fehler, die sein Team macht, erspart er den Kunden, denen er den Hausdrucker verkaufen will.

Das Prinzip ist einfach: Wo früher Maurer Ziegelsteine legten, surrt beim Druckhaus ein ferngesteuerter Betonschlauch über die Mauer, so ähnlich wie ein Spritzbeutel mit Sahne über eine Torte. Schicht um Schicht wachsen Wände empor, was Zeit, Lohnkosten und Material sparen soll. Nur Fenster, Türen, Kabel, Rohre und Dach müssen danach separat in den Rohbau eingepasst werden. Der deutsche Baukonzern Peri arbeitet intensiv mit den Kopenhagenern zusammen.

»Wir stehen am Beginn einer neuen Ära«, schwärmt Lund-Nielsen. »Der Hausdruck ermöglicht neue Formen wie Wellen und Wölbungen, die mit herkömmlichen Methoden kaum machbar sind.«

Und 2019 könnte das Jahr werden, das den Durchbruch für 3-D-Drucker bringt. Schon in den Sechzigerjahren träumten Ingenieure davon, Computerdaten direkt als dreidimensionale Plastikfiguren auszudrucken, 1967 wurde für ein derartiges Konzept ein Patent angemeldet – ein fast alchemistischer Traum, Daten in Dinge zu verwandeln.

Doch erst nach der Jahrtausendwende kamen günstige Geräte auf den Markt mit dem Versprechen, dass schon bald jeder Haushalt über einen Sachenmacher ver - fügen könnte, eine Art Tischleindruck - dich. »Weihnachtsmannmaschine« wurden kommerzielle Drucker wie der Makerbot genannt, weil sie angeblich fast jeden Wunsch erfüllen können.

Es kam anders. Die Geräte waren noch nicht ausgereift. Düsen verstopften, Drucker trödelten nächtelang oder gingen in Flammen auf. Das Interesse an klumpigen Selfie-Büsten oder Kleiderhaken aus schrottigem Plastik erlahmte, die Firma Makerbot schlitterte in die Krise. Um die Weihnachtsmannmaschinen wurde es still.

Doch im Verborgenen tüftelten die Pioniere der Objektdrucker unbeirrt weiter. Inzwischen setzen Auto- und Flugzeug - hersteller hochwertige Bauteile ein, die aus dem 3-D-Drucker stammen. Die Anwendungen werden immer vielfältiger:

‣ US-Knäste stellen mit 3-D-Printern künstliche Zähne für Gefangene her.
‣ Die Automarke Mini druckt Kunden individualisierte Blinkerabdeckungen.
‣ Adidas testet in der Speedfactory im fränkischen Ansbach eine neuartige Generation von Turnschuhen, um schon bald jedem Kunden eine maßgeschneiderte Passform zu bieten.
‣ Legofans entwickeln eigene Bausteine und tauschen sie über die Website Printa- brick aus.

Auch in Amsterdam herrscht Aufbruchstimmung. Schweißgerätschwaden durchziehen die Industriehalle der ehemaligen NDSM-Werft am rostigen Nordufer des Hafens, wo seit dem Zusammenbruch der Schwerindustrie Start-ups sitzen, darunter die Stahldrucker von MX3D.

Roboterarme drehen sich in einem wirren Ballett, fauchend setzen sie Schweißnähte, Klecks um Klecks wachsen Teile einer Fußgängerbrücke, die 2019 eine Gracht im Zentrum überspannen soll. Die Druckerbrücke ist biomorph gewunden wie ein stählernes Reptil, das Fehlen von rechten Winkeln erinnert an das florale Eisenflechtwerk der Pariser Métro. Am Projekt beteiligt sind auch das Imperial College in London und der Stahlkonzern Arcelor Mittal.

»Was vor zehn Jahren eine Vision war, wird heute Realität«, sagt Fabian Krauß, Manager bei EOS, einem 3-D-Druckmaschinenhersteller aus Krailling bei München, der heute rund tausend Mit arbeiter hat und zu den globalen Schwergewichten der Branche zählt. EOS steht für Electro Optical Systems – und greift auch den Namen der griechischen Göttin der Morgenröte auf.

Wo man sich früher zwischen industriell und handgemacht entscheiden musste, setzt sich nun eine faszinierende Mischform durch: die Massenindividualisierung. »Kaum ein Konzern kommt 2019 noch um den 3-D-Druck herum«, prophezeit Krauß. »Egal ob Sportartikelhersteller, Brillenfirmen oder Möbelunternehmen.«

Teils werden die Bauteile gedruckt, teils geschweißt, geschmolzen oder belichtet. Fachleute fassen diese Verfahren unter dem Begriff »Additive Manufacturing« (AM) zusammen, weil dabei nicht gesägt oder gefräst, sondern Schicht um Schicht hinzugefügt wird – addiert eben.

Früher sei der 3-D-Druck oft langsam und teuer und daher bestenfalls für Prototypen oder Kleinserien tauglich gewesen, sagt Reinhart Poprawe, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen. Doch das ändere sich nun; bei schnellen Geräten schmelzen mehre re Laser gleichzeitig das Metallpulver, schon heute purzeln Triebwerksteile als Groß serie von 100000 Stück aus dem Drucker. Der nächste große Entwicklungsschritt ist die Voxelisierung. Poprawes Laser sollen sich so zielgenau steuern lassen, dass sie jeden Datenpunkt individuell bearbeiten. Bei zweidimensionalen Fotos heißen die Bildpunkte Pixel, bei dreidimensionalen Drucken Voxel (von Volumenpixel). Der Vorteil der voxelgenauen Fertigung: Aluminium beispielsweise gilt als leicht, aber nicht sehr stabil. Wenn ihm jedoch eine Art Wirbelsäule aus Scandium als Stützkorsett eingevoxelt wird, kann es zu einem zugfesten Supermaterial mutieren.

3-D-Druckverfahren

Sogenanntes Additive Manufacturing umfasst u. a. das Drucken mit Kunststoff, die Belichtung von Kunstharz (Photopolymerisation) und das vor allem im Maschinenbau genutzteLasersintern.

Deutschland, bei der Digitalisierung häufig abgeschlagen, stehe beim 3-D-Druck vergleichsweise gut da, sagt Poprawe. Denn schließlich kommen hier zwei traditionelle Stärken zusammen: Maschinenbau und Grundlagenforschung.

Die dritte Zutat: Risikofreude und systematischer Irrsinn. Jenes Elektromotorrad zum Beispiel, das man manchmal durch einen dieser verschachtelten Berliner Hinterhöfe kurven sieht, in dem einst kleine Handwerker saßen. Das E-Bike heißt Nera, ist pechschwarz, kantig wie ein Batmobil und kommt fast vollständig aus dem 3-D-Drucker, erkennbar am typischen Riffelmuster der Oberflächen.

»Wir wollten einfach demonstrieren, was möglich ist«, sagt Stephan Beyer verschmitzt, umgeben vom Surren der mannshohen Maschinen seiner Firma BigRep, die zu den weltweit größten serienmäßigen 3-D-Druckern zählen. Das Unternehmen hat 90 Mitarbeiter aus 14 Nationen, Filialen in Singapur und den USA, Kunden wie Daimler und Siemens.

»Früher dachten einige Visionäre, dass der 3-D-Druck die herkömmlichen Produktionsverfahren verdrängen würde«, sagt Beyer. Doch dieses Schwarz-Weiß-Denken sei falsch, erklärt er: »Unsere 3-D-Drucker werden zum Beispiel verwendet, nicht um Schiffsschrauben selbst zu drucken, sondern um die Gussformen für Schiffsschrauben zu drucken.«

Generell ist die Hybridfertigung auf dem Vormarsch: Manchmal werden klassische Bauteile nachträglich mit Zusatzdetails bedruckt, manchmal werden 3-D-Ausdrucke nachgebohrt, -gefräst oder -poliert. Printerpurismus war gestern. Rund 300 Maschinen hat Big Rep bereits verkauft. Rings um Beyer rattern diverse 3-D-Drucker, Zeile für Zeile schreiben sie Motorradbauteile, verblüffend fluffige Autositze oder erstaun - lich sanft greifende Roboterhände. Diese Demonstra tionsobjekte sollen eine neue Generation von Designern inspirieren. Denn die neue Branche beklagt einen Flaschenhals: Während sich ein Motorrad ausdrucken lässt, ist die Ausbildung von Fachleuten ungleich schwieriger. Die meisten Mitarbeiter lernen ihr Handwerk erst vor Ort.

Warum dauert es so lange bis zum Durchbruch der 3-D-Drucker? Teils fehlten immer noch Standards, sagt Joris Peels, ein Experte aus Amsterdam. Und oft entsprechen die Ausdrucke nicht den Vorstellungen. Zuverlässig ist nicht selten vor allem eines: der Frust.

Aber zum Teil habe sich die Branche auch selbst blockiert, sagt Peels: »Manche Firmen zwangen Kunden eine Lock-in-Strategie auf, die ihnen nur erlaubte, mit firmen - eigenem Material zu drucken. Das hielt die Profite hoch, aber den Markt klein.«

So steht die 3-D-Branche immer noch am Anfang. Das zeigt sich auch in Kopenhagen. Die Macher des gedruckten Häuschens am Nordhafen tüfteln weiter in einer nahen Industriehalle, in der einst die Betonbauteile für die fast acht Kilometer lange Öresundbrücke hergestellt wurden.

Bislang läuft ihr Betondrucker mit einem Tempo von 30 Zentimetern pro Sekunde. Aber Henrik Lund-Nielsen will das Tempo steigern, Zeit ist Geld.

Plötzlich verstopft die Düse, und der Beton quillt als verdrehte Flechtbandwurst heraus. »Das ist nicht, was wir geplant haben «, knurrt Lund-Nielsen. Doch dann hellt sich sein Gesicht auf: »Aber es gefällt mir. Daraus könnte ein neues Produkt werden. Vielleicht dekoratives Mauerwerk? Lass laufen!«

Video
Ein Motorrad aus dem Drucker


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