Wie der 3D-Druck die grundlegenden Produktionsprozesse und die innovative Technologie im Dienste der Designer revolutioniert hat

Heute stellen wir den Besuchern der Website des Design Museums eine ungewöhnliche Technik vor. Interessiert? Dann ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie! Von einigen Beobachtern als Geschäftsführer und Berater eines Unternehmens mit Sitz im Vereinigten Königreich bezeichnet.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsunternehmen berät und druckt in 3D und arbeitet mit einer Vielzahl von Kunden in ganz Europa, Nordamerika, dem Nahen Osten, dem Fernen Osten und Afrika zusammen. Phil Reeves berichtet über die technologische Strategie und die geschäftlichen Vorteile dieser Innovation. Was also ist 3D-Druck??

3D-Druck ist der Begriff für eine Reihe neuer Erfindungen, die aus dreidimensionalen Computerdaten ein greifbares Produkt herstellen. Das Verfahren wird häufig in der Industrie eingesetzt. Bei diesem Verfahren werden zweidimensionale Materialschichten Schicht für Schicht miteinander verklebt, bis das gesamte volumetrische Teil fertig ist. Es wird seit mehr als 20 Jahren gesagt, aber welche Fortschritte wurden in dieser Zeit gemacht??

Die ersten 3D-Drucker wurden ausschließlich zur Erstellung von Rapid-Prototyping-Modellen (RP) für die Produktentwicklung verwendet. Diese frühen Produkte waren von minderer Qualität und verformten sich oft innerhalb von Wochen oder sogar Tagen nach der Herstellung.

Da sie aber nur zur Beurteilung der Form oder des Aussehens verwendet wurden, war es damals akzeptabel. Mit der Reifung der Technologie und der Erweiterung der Palette der verfügbaren Materialien wurden auch die mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit verbessert.

Die Teile können nun aus Metallen wie Titan oder Gold, aus Polymeren wie ABS, Nylon und Polycarbonat oder aus Keramik hergestellt werden. Parallel dazu ist die Technologie größer und schneller geworden, so dass die Produktion produktiver und wirtschaftlicher geworden ist. Diese Verbindung bedeutet erhöhte Produktivität bei erhöhter Materialeignung.

Die treibende Kraft hinter dieser Erfindung ist die Mainstream-Fertigung, die in Bereichen wie orthopädischen Implantaten, Zahnprothesen und -kronen, Hörgeräten, Handygehäusen und Wohnaccessoires eingesetzt wird. Sie sind überrascht? Interessanterweise war die Innendekoration einer der ersten Bereiche, in denen der 3D-Druck tatsächlich zur Herstellung origineller Dinge eingesetzt wurde.

Um die Jahrtausendwende machten sich einige junge kreative Designer, die an der Universität von der RP-Technologie fasziniert waren, daran, Unternehmen zu gründen, die in 3D gefertigte Innenraum-Accessoires verkaufen, von Lampen und dekorativen Kugeln bis hin zu Möbeln.

Der wohl wichtigste Einfluss auf diesen Prozess war Janne Kitanen. Er verstand die Möglichkeiten des modernen Druckverfahrens aus geschäftlicher Sicht und konnte ein Unternehmen gründen, das geometrisch komplexe Produkte verkaufte, die zuvor ohne große Investitionen in die entsprechenden Anlagen undenkbar gewesen wären.

Über das Internet konnte Janne sie verkaufen, bevor sie produziert wurden. Kleine Chargen werden auf Anfrage von Drittunternehmen hergestellt, die in 3D-Drucktechnologie investieren.

Andere Unternehmen, wie z. B. Materialise MGX, begannen bald damit, 3D-Einrichtungsgegenstände von verschiedenen Designern zu sammeln und sie über traditionelle Einzelhändler zu verkaufen. Andere zeitgenössische Druckdesigner, wie Lionel Dean, haben sich mit bestehenden Innenausstattungsherstellern in Italien zusammengetan und nutzen diese Kanäle, um 3D-gedruckte Produkte auf den Markt zu bringen.

Wir sind gespannt, wie die neue Technologie von Architekten eingesetzt wird?

Derzeit ist der 3D-Druck ein sehr schnelles Prototyping-Werkzeug für Architekten. Immer mehr Fachleute, die von 2D-CAD-Systemen auf 3D-CAD-Software umgestiegen sind, nutzen gerne die Verbindung zwischen dieser Software und dem 3D-Druck.

Architekten erstellen heute routinemäßig hochdetaillierte Modelle von Gebäuden, Innenräumen, Geländemodellen und sogar ganzen Stadtplänen, die durch die Kombination neuer Technologien mit topologischen und satellitengestützten Daten ermöglicht werden. Es ist sogar möglich geworden, Informationen über ein bestimmtes geografisches Gebiet aus Google Earth zu extrahieren und einen 3D-Druck durchzuführen.

Jetzt gibt es einige Unternehmen, die speziell für die Bauindustrie Innovationen entwickeln und dieses moderne System in großem Maßstab einsetzen. Es verwendet rekonstituiertes Marmorpulver oder Sand, der das Strahlbindemittel bindet.

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Es ist möglich, relativ große architektonische Objekte (etwa 5 Meter hoch) wie Pavillons, Kioske, Bänke und Möbel herzustellen. Andere Forschungsgruppen befassen sich mit dem 3D-Druck zur Herstellung ganzer Gebäude, aber das ist, wenn überhaupt, noch ein oder zwei Jahrzehnte von der Realität entfernt.

Das Interesse und die Begeisterung für eine solche Innovation sind derzeit sicherlich groß. Einerseits ist das eine gute Sache. Andererseits müssen wir uns davor hüten, die Möglichkeiten dieser Technologie überzubewerten.

Diese Innovation ist eine sehr gute Antwort auf einige Markttrends, wie z. B. elegantere und individuellere Handy-Panels. Die Technologie hat auch auf das Wachstum von Online-Spielen und sozialen Medien reagiert und ermöglicht es, Protagonisten und Avatare in reale, aber personalisierte Produkte umzusetzen.

Es gibt jedoch noch erhebliche Einschränkungen in Bezug auf Verfahren, Wirtschaftlichkeit und Materialkapazität. Man hofft, dass man eines Tages mit dem 3D-Druck alles herstellen kann, auch zu Hause, von Töpfen und Pfannen bis hin zu Duschen oder einer TV-Fernbedienung. In der Tat sind wir von solchen Systemen nicht weit entfernt. Es gibt bereits Hersteller auf dem Verbrauchermarkt, die Spielzeug und Spiele mit dieser Technologie herstellen.

Einer der wichtigsten Aspekte des 3D-Drucks ist die Möglichkeit, komplexe Geometrien ohne Kosten zu reproduzieren. Diese Methode wird häufig zur Herstellung von Produkten verwendet, die mit herkömmlichen Verfahren wie dem Kunststoffspritzguss nicht hergestellt werden können. Die Designer machen sich diese geometrische Flexibilität zunutze und lassen immer mehr Qualität entstehen.

Der 3D-Druck ist nicht nur eine bahnbrechende Technologie, die das Gießen oder die maschinelle Bearbeitung ersetzen soll. Es ist ein Durchbruch, der es Unternehmen ermöglicht, anders über ihre Lieferketten und, was noch wichtiger ist, über ihre Interaktionen mit den Kunden innerhalb des Unternehmens zu denken.

Hier sind die sechs wichtigsten Vorteile:

• Digitale Produktion ohne Werkzeuge bedeutet eine größere Produktstreuung und niedrigere Kosten für die Serienproduktion, um bestimmte geografische, demografische und soziale Aspekte zu unterstützen.

• Gestaltungsfreiheit bedeutet neue Möglichkeiten zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten mit zunehmender geometrischer Komplexität zu niedrigen Kosten.

• Einbindung der Produktpersonalisierung – die Möglichkeit, spezielle Designs mit komplexen Strukturen zu realisieren.

• Eine neue Erfahrung im Einzelhandel – der Verbraucher kann dank des Zugangs zu intuitiven 3D-Werkzeugen und Scannern sein eigenes Designprodukt online oder im Geschäft entwerfen.

• Auf die neuen Bedürfnisse der Märkte eingehen. Es ist eine perfekte Mischung von Produkten, die den Bedürfnissen aller Menschen gerecht wird.

• Kurze Lieferketten – kein Bedarf an Lagerhaltung, Verpackung, Logistik und eine deutliche Reduzierung der CO2-Produktion.

Im Grunde genommen kann der 3D-Druck die gesamte Vertriebskette völlig neu ausrichten, indem er den Verbraucher vom Ende bis zum wichtigsten Glied. Die Menschen können sich an der anfänglichen Produktgestaltung beteiligen oder jeden Artikel auf Anfrage bestellen.

Ist beim 3D-Druck alles so glatt??

Wie wir bereits gesagt haben, gibt es noch wesentliche Einschränkungen. Es gibt physische, wirtschaftliche, ästhetische und natürlich auch ökologische Gründe.

Oftmals stellen die mechanischen Eigenschaften von geformten Kunststoffen oder Metallteilen aus zu harten Legierungen Einschränkungen dar. In Labors und Universitäten auf der ganzen Welt wird jedoch intensiv daran gearbeitet, die Palette der Materialien zu erweitern und die bereits vorhandenen zu verbessern.

Die Zahl der Unternehmen in der Rohstofflieferkette steigt, was zu einer Kostensenkung führt, was sich natürlich auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion auswirkt. Auch die Ästhetik der Teile wird dank Polymeren wie Green Nylon 11 und aus Pflanzen gewonnenem PLA verbessert und die Nachhaltigkeit erhöht. Es gibt noch viel zu tun, aber die Wissenschaft bewegt sich schnell und in die richtige Richtung.

Was ist das Haupthindernis für den 3D-Druck??

Wie gesagt, die Materialien sind ein Thema, aber das kann bis zu einem gewissen Grad vor dem Entwurf der Produkte festgelegt werden. Auch die Wirtschaftlichkeit stellt eine Herausforderung dar, denn 3D-Fertigungsanlagen sind relativ teuer und eher langsam. Allerdings sind die Preise gesunken und die Produktivität gestiegen, so dass dieser Druck immer akzeptabler wird.

Die andere wichtige Einschränkung ist das Wissen. Viele Unternehmen verstehen einfach nicht, wie man neue Technologien einsetzt oder die Kosten berechnet. Derzeit fühlen sich die Produktionslieferketten anfällig, die Produktentwickler wissen nicht, wie sie die geometrischen Vorteile im Marketing einsetzen können, und sie verstehen nicht, wie sie die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden in die Kette integrieren können. Die Beratung soll ihnen helfen, diese Probleme zu lösen und die Technologie zu bewerten.

Mit dem Aufkommen preiswerter Laptops wird der 3D-Druck bald auch bei uns zu Hause Einzug halten. Wie wahrscheinlich ist dieses Szenario?

Dr. Phil Reeves sagt: „Ich habe zwei 3D-Drucker in meinem Haus und meine Kinder lieben sie“. Das Interesse am Homeprinting war in den letzten Jahren phänomenal. Auch die Zahl der Unternehmen, die Geräte für den Markt herstellen, hat zugenommen. Beim letzten Mal haben wir mehr als 40 Firmen weltweit gezählt. Im Jahr 2012 wurden etwa 15.000 Heimdrucker verkauft. Wir gehen davon aus, dass die Zahl in diesem Jahr eher bei 60.000 liegen wird (möglicherweise mehr). Damit jeder abgedeckt ist.

Immer mehr Menschen kaufen eine Neuheit, um ein Hobby zu unterstützen, sei es die Fernsteuerung eines Flugzeugs oder die Herstellung eines Angelköders. Er eignet sich perfekt für pädagogische Perspektiven – man nehme einen 3D-Drucker, Lebensmittelfarbe, Essig und Backpulver und schon hat man den ultimativen Vulkan – ein Projekt für die Hausaufgaben in der Schule.

Es gibt einige Ratschläge für Unternehmer, die diese innovative Technologie als potenzielles Investitionsgeschäft erkunden wollen.

Sie müssen Ihren Markt, Ihre Kunden und Ihre Fähigkeiten kennen. Es gibt viele Möglichkeiten entlang der gesamten Lieferkette, vom Entwurf von 3D-gedruckten Produkten über den Online- oder Einzelhandel bis hin zur Entwicklung von Software-Schnittstellen, damit andere am Herstellungsprozess teilnehmen können, zur Entwicklung neuer Materialien oder zum Bau von Produktionsanlagen.

Für Unternehmen liegt der Schlüssel darin, den Kundenservice zu verstehen und die Kosten der Technologie zu kalkulieren. Dies ist eine große Herausforderung für einige. Sobald ein Unternehmen verstanden hat, wie der 3D-Druck einen Mehrwert schaffen kann, muss es herausfinden, wie und wann es ihn einsetzt, aber das ist eine andere Geschichte.

Wir möchten uns bei Dr. Phil Reeves, CEO von Econolyst Ltd, für seine fachkundigen Einblicke in die Welt des 3D-Drucks bedanken.

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