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Sonnenbrillen aus dem Laserdrucker

25.02.2008
Von Handelsblatt 
Rapid Manufacturing nennt sich ein neuartiges Verfahren, bei dem aus verdichtetem Kunststoffpulver automatisch Schicht für Schicht neuartige Konsumgüter entstehen. Besonders in der Medizin könnte die Technik hilfreich sein.

BERLIN. Die Vision war zu schön, um wahr zu werden. In den neunziger Jahren träumten Forscher von dem Personal Fabricator, einem Gerät, das wie Personal Computer Haushalte bevölkern sollte, um Geschirr, Ersatzteile und Möbel auszudrucken. Daraus wird zwar auf absehbare Zeit nichts, denn die Maschinen sind und bleiben zu teuer. Dennoch entwickelt sich der Markt für so genannte "Rapid"-Techniken weiter, so dass zunehmend eine immer größer werdende Bandbreite von Produkten realisiert wird.

Das heißt dann Rapid Manufacturing (RM) oder e-Manufacturing, wie der Gerätehersteller Eos aus Krailling bei München das Verfahren nennt, bei dem per Laser-Sinter-Technik Konsumgüter, Industriekomponenten sowie Werkzeuge direkt aus elektronischen Daten produziert werden. Ein Laser schmilzt dabei pulverisierte Kunststoffe oder Metalle schichtweise, bis nach Auftragen der letzten Schicht das fertige Produkt von der Maschine ausgegeben wird.

"Auf diese Weise ist die Fertigung von Produkten mit hochkomplexen Formen möglich, die in der Serienfertigung bislang nicht denkbar waren", sagt Hans Langer, Gründer und Geschäftsführer der bayerischen Firma. Allein das Spektrum der Produkte, die mit Eos-Maschinen gefertigt werden, verdeutlicht, dass sich die Einsatzgebiete der Technik enorm ausgeweitet haben: So produzieren die Maschinen inzwischen Schmuck ebenso wie Schuhe oder Möbel. Im Handel sind erste lasergesinterte Handtaschen, Stühle, Tische, Lampen sowie filigrane Accessoires zu finden.

Wichtig ist nur, dass die digitalen Daten räumlich vorliegen, sei es durch eine Konstruktion am Computer - einem sogenannten CAD-Entwurf - oder, für Bekleidung, einen 3D-Körperscan. "Selbst Sportartikelhersteller haben in Pilotanwendungen Helme, Fußballschuhe und Fahrradsättel hergestellt, damit deren individuelle Formen unterschiedlichsten anatomischen Anforderungen gerecht werden", berichtet Langer.

Einen wichtigen Markt sieht er in der Medizintechnik, weil hier bei Implantaten komplexe Geometrie und hohe Individualität gefragt sind, etwa in der plastischen Chirurgie bei Rekonstruktion des Gesichts nach einem Unfall, wenn ein zerstörter Backenknochen ersetzt werden muss. Oder bei Knieimplantaten, Beinprothesen und Zahnersatz.

Für Zahnkronen wird ein speziell von Eos entwickelter Kobalt-Chrom-Werkstoff eingesetzt, für Knochenersatz ist Titan denkbar, das derzeit noch auf Verträglichkeit getestet wird.

Bei aller Flexibilität in Konstruktion und Produktion, sind Werkstoffe immer noch nicht unbegrenzt einsetzbar, was die Möglichkeiten limitiert. Mit dem Schichtverfahren ist es nicht möglich wie bei anderen Produktionstechniken zwischen tausenden Materialien - und vor allem verschiedenen Mischungen - wählen zu können. Genutzt werden vor allem Metalle, Glas, Kunststoffe, Keramik und neue Materialien wie Sol-Gel oder - eine Eos-Spezialität - Aluamid, eine Mischung aus Aluminium und Polyamid.

Vor kurzem hat der israelische Anbieter Objet Geometries erstmals eine Rapid-Maschine vorgestellt, die in einem Durchgang Kunststoffteile in verschiedenen Farben und mit verschieden harten Materialen drucken kann, etwa einen Nassrasierer mit Antirutschgriffen und elastischem Schwingkopf. Allen Anbietern ist klar, dass die Materialvielfalt ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die Technik ist, die bislang noch in der Nische ihr Dasein fristet.

Zwar sehen Marktforscher von Gartner in dem Verfahren eine künftige Schlüsseltechnologie, doch davon ist bei einem weltweiten Umsatz der etwa 50 Ausrüster von 300 Millionen US-Dollar noch nicht viel zu spüren. Diese Zahlen nennt eine aktuelle Marktstudie von Frost & Sullivan, in der ein Marktwachstum bis 2013 von gut 16 Prozent erwartet wird, wobei einfache 3D-Drucker mit 20 Prozent Zuwachs das am schnellsten wachsende Segment sein werden.

Rudolf Meyer von der Fraunhofer-Allianz Rapid Prototyping hält diese Prognose für realistisch. "Neben Branchen mit hohem Innovationsdruck wie Automotive sowie Luft- und Raumfahrttechnik wird ein Hauptbereich von Rapid-Applikationen in der Medizin und Medizintechnik liegen", sagt Meyer. Knochenimplantate seien erst der Anfang, in ferner Zukunft seien sogar künstliche Organe denkbar. Auf dem Weg dahin müssten allerdings noch einige grundsätzliche Schwächen der Technik ausgebügelt werden. "Maßgenauigkeit und Produktivität sowie die beschränkte Werkstoffvielfalt sind verbesserungsfähig, was erklärt, dass die Technik bislang nur inselhaft eingesetzt wird."

Allerdings verweist Meyer darauf, dass es noch vor zwei Jahren unmöglich erschien, hochfeste Werkzeugstähle oder Alu zu verarbeiten, was inzwischen praktiziert wird. Die Technik verändere durch ihre neuen Möglichkeiten das Denken der Ingenieure, die aber zuweilen noch zu wenig von den Möglichkeiten wüssten: "Der Fortschritt ist im Grunde noch gar nicht in den Unternehmen angekommen", sagt Meyer.

Der Eos-Chef zeigt indes, was künftig machbar ist: Das Unternehmen fertigt Teile für die Laser-Sinter-Maschinen mit dem Verfahren selbst. "Künftig könnten sich Maschinen selbst bauen", sagt Langer.