Die Entwicklung des 3D-Drucks

Das Fertigungsverfahren Stereolithographie ist gerade einmal etwas mehr als drei Jahrzehnte alt. 1983 hat Charles „Chuck“ Hull das Verfahren erfunden und damit eine Technik begründet, die man heute gemeinläufig als 3D-Druck bezeichnet – beziehungsweise den Grundstein gelegt für Verfahren, die im Gegensatz zu den traditionellen abtragenden Verfahren, wie Drehen, Fräsen oder Bohren, generativ arbeiten. Sprich, es geht um das Hinzufügen, das Addieren von Material. Im Falle der Stereolithographie wird ein lichtaushärtender Kunststoff von einem Laser in dünnen Schichten ausgehärtet.

Die Entwicklung, die die sogenannten additiven Fertigungsverfahren seither hingelegt haben, ist rasant. Alleine die Geschichte von Charles Hull und seiner Erfindung entwickelte sich schnell weiter zu einem Multi-Millionen-Dollar-Unternehmen: 1984 hat Hull zu seiner Erfindung des Verfahrens bereits einen Apparat entwickelt, den Stereolithographie-Apparat (SLA), den er noch im gleichen Jahr zum Patent anmeldete. Nachdem ihm dieses 1986 erteilt wurde, stand der Unternehmensgründung von 3D Systems nichts mehr im Wege, das bereits im Folgejahr den kommerziellen Vertrieb seines 3D-Druckers SLA-1 startete. Heute macht das Unternehmen einen Umsatz von mehr als 600 Millionen US-Dollar und gehört als Pionier noch immer zu den Weltmarktführern.

Das erste 3D-Druck-Unternehmen hatte bereits sehr schnell einen Marktbegleiter, der eine ähnlich rasante Entwicklung mit einem etwas anderen Verfahren hingelegt hat: 1989 erfindet S. Scott Crump durch das Mischen von Wachs und Kunststoff in der Küche seiner Familie das Verfahren FDM – das Fused Deposition Modeling. Ein Raster von Punkten wird auf eine Fläche aufgetragen. Erzeugt werden die Punkte durch die Verflüssigung eines „Kunststofffadens“. Schicht für Schicht entsteht so die gewünschte Form. Dieses Verfahren und seine Patentierung führte zur Gründung des Unternehmens Stratasys, das heute in der gleichen Liga wie 3D Systems spielt und seit 1991 FDM-Drucker verkauft.

Richtig Fahrt aufgenommen hat die Branche in den letzten Jahren: Die Patente der beiden Platzhirsche sind ausgelaufen, ein Fakt, der dem Markt zu einem Wachstumsschub verholfen hat. 2014 hatten 3D Systems und Stratasys 47 Marktbegleiter, wie Wohlers berichtet, eine Beratungsfirma, die die Branche bereits seit den Anfängen begleitet. 2015 waren es dann schon 60 und in nur einem Jahr sind erneut 35 hinzugekommen. Durch die damit einhergehenden sinkenden Preise, werden seit 2010 auch Desktop-Drucker angeboten – der 3D-Druck hält Einzug in die Privathaushalte.

Mit der wachsenden Zahl der Player hat sich ein Markt entwickelt, mit dessen Wachstum kaum eine andere Branche mithalten kann – zweistelliges Umsatzwachstum können auch boomende Branchen wie die Automatisierung selten bieten, in der additiven Fertigung sind sie an der Tagesordnung. 2010 hat der Umsatz weltweit die Ein-Milliarden-Dollar-Grenze überschritten. Rekordverdächtig ist die Verdopplung auf zwei Milliarden innerhalb von weniger als drei Jahren und das Wachstum ist ungebremst: 2016 ist der Umsatz laut Wohlers um 17,4 Prozent gestiegen und befindet sich jetzt im Bereich der sechs Milliarden US-Dollar. Ein großer Sprung, auch wenn er eine Delle bedeutet: Das Wachstum lag 2015 noch bei knapp 26 Prozent. Zu einer solchen Schwächung kann es leicht kommen, wenn die beiden Branchenriesen 3D Systems und Stratasys schwächeln. Sie teilen sich einen Marktanteil von über 20 Prozent.

Hört man sich in der Branche um, was der 3D-Druck noch so alles möglich machen soll, scheinen die Chancen unendlich. Es gibt kaum eine Idee, die noch nicht zumindest einmal ausgesprochen worden ist: Essen kann gedruckt werden und der Welthunger wird minimiert. Roboter steigen als funktionsfähige Maschinen aus dem Drucker und drucken ihren nächsten Kollegen. Krankheiten sind kein Problem mehr, denn auch Organe wird man drucken können. Das Mantra: Irgendwann können wir alles drucken. Zumindest eine Annäherung an diese kühnen Visionen findet bereits statt. Immer mehr Materialien können gedruckt werden und das immer schneller und in besserer Qualität. Während die additive Fertigung sowohl bei Hull als auch bei Crump mit Kunststoffen gestartet ist, arbeiten mittlerweile rund die Hälfte der 3D-Druck-Unternehmen auch mit Metallen.

Aber auch diese Erfindung hat schon diskussionswürdige Seiten gezeigt: 2013 druckte sich ein amerikanischer Student eine schussfähige Waffe und veröffentlichte die Pläne dazu im Internet. Damit wird der Grundsatz des „Jeder kann alles drucken“ zu einer Angelegenheit der Behörden. Unter anderem beschäftigt sich in Deutschland daher sogar das BKA mit dem Thema 3D-Druck.