Deep Dive #4: 3D-Printing in Berlin

Mit vollem (3D-)Druck voraus...

Ob Keramikvase, Lieblingsmuster im Cappuccino-Schaum oder künstliche Gelenke – all das soll es künftig auf Knopfdruck geben. Es sind drei von dreißig Projekten, die unter dem Suchbegriff „3D-Printing“ auf den Crowdfunding-Plattformen Kickstarter und IndieGoGo zu finden sind. Die unterschiedlichen Ideen beruhen alle auf dem gleichen Prinzip: Durch einen computergesteuerten, schichtweisen Aufbau werden dreidimensionale Gegenstände erzeugt. Dass sich dafür sämtliche schmelzbare Materialien – von Kunststoff über Glas bis zu Metall, Keramik oder gar Schokolade – eignen, macht die additive Fertigung oder Additive Manufacturing (AM) für zahlreiche Branchen interessant. Zusätzlich beschleunigt die Technologie Design- und Herstellungsprozesse, sie senkt die Kosten und ermöglicht eine höhere Individualität sowie Design-Freiheit bei gleichzeitig weniger Abfallaufkommen. Auch wenn zahlreiche Unternehmen diese Vorteile erkannt haben, stehen wir laut der niederländischen Bank ING erst am Anfang. Bis 2040 soll die Hälfte aller weltweit produzierten Teile aus 3D-Druckern kommen. Das Marktforschungs- und Beratungsunternehmen International Data Corporation (IDC) bestätigt diesen Aufwärtstrend: So rechnet es im Jahr 2019 in Europa mit 3,5 Milliarden Euro für die additive Fertigung. Bis 2022 soll dieser Umsatz auf rund 6,5 Milliarden Euro wachsen.

Deutschland und Berlin groß im 3D-Druck

Es sind gute Nachrichten für deutsche Unternehmen: Schon 2016 nutzen fast 40 Prozent der heimischen Betriebe 3D-Druck-Technologie, besagt eine Studie des Beratungsunternehmens EY. Das war der höchste Wert innerhalb der Industrieländer. Bis zum Jahr 2020 plant ein Viertel der Firmen in Branchen wie der Auto-, Luftfahrt- und Maschinenbauindustrie, ihre Endprodukte per Drucker herzustellen. Die „starke Ausgangsposition“, die das Manager Magazin dem Wirtschaftsstandort attestierte, macht sich besonders in der Bundeshauptstadt bemerkbar: In einer Befragung der Senatsverwaltung für Wirtschaft, Energie und Betriebe setzen mehr als die Hälfte der 68 teilnehmenden Unternehmen aus Maschinenbau, Elektroindustrie und Mobilität sowie Logistik 3D-Drucker bei ihrer täglichen Arbeit ein. Darüber hinaus beschäftigen sich Startups wie trinckle (Online-3D-Druck-Service), 3DYourBody (3D-Scan und -Druck), Staramba (3D-Scanning und Virtual Reality) oder Fab Lab Berlin (offenes Labor) erfolgreich mit AM. Nicht zu vergessen ist Berlin als Sitz von Veranstaltungen wie der IFA, einer der ältesten Industriemessen Deutschlands, und somit idealer Schauplatz, um innovative Prototypen, Ersatzteile und Teile für neue Produkte zu präsentieren. Es sind jene Anwendungsbereiche, die bis 2019 weltweit mit 45 Prozent den Großteil der 3D-Ausgaben ausmachen und in denen einige heimische Unternehmen an der Weltspitze rangieren.

Maschinenbauer gehen in Serie

Die Berliner Startups 3YourMind, eine Ausgründung der TU Berlin, sowie BigRep zählen zu diesen Aushängeschildern mit Fokus auf industrielle Fertigung. Während 3YourMind mit auf AM-Prozesse zugeschnittenen Software-Plattformen Kunden wie Siemens oder die Deutsche Bahn bedient, vertreibt BigRep eigene Großformat-3D-Drucker und zeigt Konzepte für deren Einsatzmöglichkeiten. Dazu gehört der weltweit erste Airless-Fahrradreifen, der nicht durch Luft, sondern durch eine speziell gedruckte Wabenstruktur straßentaugliche Belastbarkeit erhält. Weitere Innovationen aus dem Hause BigRep sind das erste, komplett 3D-gedruckte E-Motorrad NERA oder der Autositz Aero Sitz, der sich – dank 3D-Körperscan – der Form des Fahrers anpasst. Zudem wurden eine 360°-fahrbare Industrieplattform und ein adaptiver Robotergreifer für den Einsatz in der Automation entwickelt. Im Moment handelt es sich dabei ausschließlich um Prototypen. „Es ist noch nicht möglich, Objekte serienmäßig und kosteneffizient zu produzieren“, erklärt BigRep CEO René Gurka in einem Interview mit dem Magazin IT Mittelstand. „Wir arbeiten an Lösungen hierfür und werden spätestens in zwei Jahren soweit sein, Serienproduktion anbieten zu können.“ Sushi-Printer nennt der Maschinenentwickler das Konzept. Erste Kunden werden aus der Automobil- sowie der Luftfahrtindustrie kommen. Profitieren werden außerdem Partner des Unternehmens wie der Chemie-Gigant BASF, aber auch der international agierende Stahl- und Metallhändler Klöckner & Co. Gerade das komplexe Verfahren des Metall-3D-Drucks könnte – einmal serientauglich gemacht – innerhalb weniger Jahre die Verarbeitungsbranche auf den Kopf stellen: Montagelinien könnten konsolidiert, Lieferketten abgekürzt und die Massenproduktion angepasst werden.

^{© BigRep}

Gedruckte Körper/teile

Revolutionen verspricht die 3D-Druck-Technologie auch im Gesundheitssektor. Davon sind zumindest, gemäß einer Studie im Auftrag von Ricoh Europe, 68 Prozent der medizinischen Fachkräfte überzeugt. 46 Prozent gehen sogar so weit zu sagen, dass es ihnen ohne Investitionen in den 3D-Druck in den nächsten fünf Jahren schwer fallen wird, die Bedürfnisse der Patienten zu erfüllen. Dementsprechend nutzen schon heute 74 Prozent aller Experten die Innovationen, um die Diagnostik zu verbessern und Sterblichkeitsraten zu senken. Die Berliner Wissenschaftler sind dabei an vorderster Front: So setzt die Charité nicht nur bei der Entfernung von Kiefertumoren auf passgenaue Kunststoffschablonen aus dem 3D-Drucker. Am Zentrum für Muskuloskeletale Chirurgie konnten Mediziner außerdem nachweisen, dass 3D-gedruckte Titan-Mesh-Gerüste die Regeneration der Knochen unterstützen. Mittlerweile wird an der Entwicklung von Schablonen gearbeitet, die in der Mund-, Kiefer-, Gesichts- und Wirbelsäulenchirurgie eingesetzt werden können.

Noch einen Schritt weiter geht das Berliner Startup HumanX: Es stellt lebensechte Kopien von Organen her – mit dem 3D-Drucker. Mit dem sogenannten SimOrgan können sich Jungmediziner fit für den Realeinsatz machen, vor allem aber können Ärzte ihre Eingriffe besser organisieren. Geht es nach dem Gründer Marcel Pfützner soll eine solche modellgestützte Operationsplanung schon 2020 aus keiner Klinik mehr wegzudenken sein. Damit nicht genug, kennt das künftige Anwendungsfeld dieses Bioprinting, zumindest in der Theorie doch kaum Grenzen: 3D-Organe könnten transplantiert, verletzte Beine nachgedruckt, sogar das Alter könnte besiegt werden, indem altes Gewebe durch neues ersetzt wird. Noch sind das Zukunftsträume, doch das Wachstumspotenzial von AM ist in der Medizin enorm: Die IDC bescheinigt der Branche ein jährliches Ansteigen von über 21 Prozent.

^{© HumanX}

Mobility goes Additive

Auf Wachstum in Sachen 3D setzt auch die Mobilitätsbranche: Mehr als 70 Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Institutionen aus ganz Europa haben sich in Berlin zum Netzwerk „Mobility goes Additive“ zusammengeschlossen. Der „IAM Hub“-Campus im Gewerbegebiet Marienpark im Süden der Stadt soll Ort des Know-how-Transfers sein, an dem Schulungen, gemeinsame Innovationsentwicklungen und Forschungsaktivitäten stattfinden können. Ziel des Netzwerks ist es, die Hürden für eine serielle additive Fertigung zu nehmen und gleichzeitig die Einsatzmöglichkeiten zu steigern. Geleitet wird Mobility goes Additive dabei von 3-D-Druck-Expertin Stefanie Brickwede, die bereits bei der Deutschen Bahn die Technologie vorangetrieben hat. Schließlich wären dort einige Ersatzteile nur sehr schwer oder ausschließlich in hohen Stückzahlen zu bekommen, die wiederum gelagert werden müssten. „Drucken ist schneller, flexibler und günstiger als herkömmliche Herstellungsverfahren und die Fahrzeuge sind innerhalb kürzester Zeit wieder verfügbar“, erklärt Brickwede. Ausgewählte Teile wie Halter und Steckerverbindungen für Züge lässt die Bahn deswegen bereits heute auf Knopfdruck herstellen. Auch Handlaufschilder für Blinde werden nicht mehr aufwendig aus Aluminium gefräst, sondern kommen aus dem 3D-Drucker. Das spart nicht nur Zeit, sondern zusätzlich Abfall und – natürlich – Kosten.

Betonbänke aus der Düse

Dank dieser drei Faktoren bringt die additive Fertigung auch frischen Wind in die Architektur. Spannend sind hier vor allem immer neue Möglichkeiten, aus Beton Objekte zu drucken: Wurden bereits ganze Häuser aus Ölschieferasche und Torf gedruckt, konzentrieren sich viele Startups auf Teilbereiche und zeigen so, wie die Technologie Wohnraumkosten senkt. Das Berliner Designer Studio 7.5 stellen so gemeinsam mit dem französischen Unternehmen XtreeE Betonbänke mit eigens entwickeltem, gewebten Muster per 3D-Drucker her. Anders als bei der traditionellen Herstellungsmethode wurde dabei nur die nötige Menge an Material verwendet. Außerdem ist das Gewicht der Bank deutlich geringer, als das einer Bank aus Massivbeton. Darüber hinaus wurde das Muster speziell für die Straßenmöbelbänke entwickelt und mittlerweile von weiteren Unternehmen genutzt.

^{© Studio 7.5}

3D zum Kauen und Schmücken

AM beschränkt sich aber nicht nur auf massive Elemente wie Betonbänke, sondern zeigt sich mancherorts von seiner weichen Seite – buchstäblich: So könnten selbst die pürierten Spezial-Menüs, die das Deutsche Roten Kreuz in Berlin derzeit an Pflegeheime ausliefert, künftig aus dem 3D-Drucker kommen, zumindest, wenn es nach den Experten der Deutschen Gesellschaft für Ernährung geht.

Weniger kalorienreich, doch mindestens genauso zukunftsträchtig ist der Einsatz von AM in Sachen Mode. So kommen die passgenauen Sonnenbrillen von ic!Berlin genauso aus dem 3D-Drucker wie der individuelle Schmuck des Berliner Online-Shops Stilnest. Vor allem bei den jungen Trendsettern punkten die Teile, die nur sechs Wochen nach der ersten Skizze bereits zu kaufen sind. Nicht um schnelle Produktion, dafür umso mehr ums Verlassen ausgetretener Designerpfade geht es dem in Berlin ansässigen Designstudio VOJD Studios. Zum Ausprobieren komplexer Strukturen und Formen, die bei klassischen Herstellungsverfahren kaum umsetzbar sind, setzen sie auf die technologischen Innovationen. Damit haben sie bereits für das Label Alexander McQueen einen Regenschirm-Griff entwickelt, der mit dem 3D-Drucker des Berliner Designstudios hergestellt wurde. Dass den kreativen Entwicklungen der Branche kaum Grenzen gesetzt sind, wird seit über zehn Jahren auf der Modemesse #FASHIONTECH BERLIN eindrucksvoll unter Beweis gestellt.

^{© VOJD Studios}

Ob Mode, Maschinenbau oder Mobilität – in der deutschen Hauptstadt heißt es eben: Mit vollem (3D-)Druck voraus...

In der Themenreihe “Deep Dive” gibt Projekt Zukunft regelmäßig Einblick in aktuelle Technologien der Digital-, Medien- und Kreativwirtschaft und informiert über Akteure, Trends und Anwendungen aus Berlin.