SCHICHT FÜR SCHICHT

Würde man Bart Van der Schueren die Augen verbinden und ihn blind durch die weitverzweigten Hallen mit den 3D-Druckern führen, er könnte schon am Geruch erkennen, in welchem Bereich er sich gerade befindet. Mit welcher der vielen Drucktechniken Flugzeugteile, medizinische Implantate, Schuh­einlagen, Brillen, Lampen oder Prototypen hochgezogen werden – Schicht für Schicht. Aus dem Nichts.

Der leicht stechende Geruch der großen Stereolithografiedrucker, wie gewaltige Terrarien, in denen blaue Lichter flackern. Die warmen Plastikdünste der Schmelzschicht- und der Lasersinterdrucker, wie Brutkästen in Reih und Glied. Die krankenhausartig sterilen Ausdünstungen der Multi-Jet-Fusion-Geräte, wie übergroße Laserdrucker, denen die Techniker jeden Morgen die Rollboxen entnehmen, in denen über Nacht aus Pulverschichten Objekte gewachsen sind.

Wie es im Metalldruck riecht, können wir nicht erkunden. Metall-3D-Druck wird in Löwen nur für den Medizinsektor durchgeführt – und dieser Bereich ist für Besucher tabu. Aber es ist ohnehin der Kunststoff, auf den Van der Schueren die Aufmerksamkeit lenken will und der einem hier überall begegnet, von den Exponaten in der Lobby bis zu den filigranen Deckenlampen im ganzen Gebäude, deren organisch wirkende Strukturen auf mathematischen Formeln beruhen.

„Dass wir Metalle wie Aluminium, Titan oder Stahl drucken können, fasziniert viele Besucher“, sagt der Technologiechef (CTO) des Unternehmens Materialise. „Aber unser Arbeits­pferd ist der Kunststoff. Wir fertigen etwa eine Million Teile pro Jahr, davon sind 800.000 aus PA 12.“

Dass sie hier aus Polyamid 12 so viel herstellen, Proto­typen ebenso wie fertige Produkte für Endverbraucher, Medizin, Auto- und Flugzeugbau, wundert den Inge­nieur immer noch. „Eigentlich ist das Material über­qualifiziert für viele Anwendungen. Etwas zu robust, zu steif, zu temperaturresistent. Da würde man für viele Anwendungen eher auf das billigere Polypropylen setzen. Aber wir stellen immer wieder fest, dass bei der additiven Fertigung PA 12 praktischer im Einsatz ist, weil damit so viel geht.“

Vieles in der „additiven Fertigung“, wie der Experte anstelle von 3D-Druck sagt, widerspricht konven­tionellen Erfahrungen und Erwartungen. „Normalerweise würde man als Unternehmen dem Material­hersteller in den Ohren liegen mit Wünschen nach besseren Eigenschaften.“ Aber fast immer, wenn sie bei ­Materialise eine Idee in die Wirklichkeit umrechnen, stellen sie fest, dass sie aus PA 12 genau das herausholen können, was sie gerade brauchen. Von hauchzarten Lampen­schirmen bis zu metallisch wirkenden Präzi­sions­teilen für die Auto­fertigung, für die das PA-12-­Pulver mit Aluminium­partikeln gemischt wird.

„In der additiven Fertigung ändern wir nicht die Eigenschaften des Materials“, sagt Van der Schueren. „Wir geben ihm die gewünschten Eigenschaften durch die Struktur, die wir am Rechner entwickeln. Für die Industrie ist das ein neues Denken.“

In der Orthopädie etwa bedeutet das gerade eine kleine Revolution. Wer orthopädische Einlagen in den ­Schuhen trägt, der weiß: Das sind teure Einzelanfertigungen, je nach Beanspruchung aus Kombinationen von Kork und Leder oder verschiedenen Kunststoffen gefertigt.

Materialise druckt orthopädische Einlagen aus PA 12, basierend auf 3D-Abdrücken des Gangbilds.„Wir analysieren die Bewegung und berechnen, wie viel Unterstützung an welcher Stelle des Fußes gebraucht wird“, sagt Van der Schueren. „Unsere Software entwirft dann eine Struktur, die an jeder Stelle die richtige Eigenschaft hat, mal fester, mal elastischer. Und das drucken wir an einem Stück, aus einem einzigen Material.“ Und das hält? „Lassen Sie es mich so sagen: Wir haben uns beim Geschäftsmodell ziemlich geirrt, die Kunden müssen sehr viel seltener nachbestellen, als wir erwartet hatten.“

Wie 3D-Druck zur Wertschöpfung beitragen kann, muss man vielen Unternehmen erst noch erklären, sagt Van der Schueren. „Viele kommen zu uns, weil sie ‚irgendwas mit 3D-Druck‘ machen wollen. Aber sie wissen nicht, was, und oft haben sie völlig falsche Vorstellungen.“ Der häufigste Irrtum: dass der 3D-Druck in der Massenfertigung das klassische Spritzgussverfahren ersetzen könne. Irgendwann wird die Technik so weit sein, aber noch ist die additive Fertigung bei vielen Serien­produkten teurer, als viele denken.

Wertschöpfung durch 3D-Druck entsteht anders, weswegen Materialise mit jedem Kunden auf die Suche nach sinnvollen Anwendungsfällen geht. Additive Fertigung punktet zum Beispiel da, wo die Stückzahlen so klein sind, dass es sich nicht lohnt, Spritzgussformen zu fertigen, und andere Verfahren wie das Fräsen nicht die gewünschten Eigenschaften liefern.

Ein Beispiel sind Flugdrohnen, in denen ein Stützgerüst aus Kohlefasern für Stabilität sorgt. Materialise druckt Kunststoffführungen, in denen winzige Kanäle jede dieser hauchdünnen Fasern in die richtige Anordnung bringen, sodass sie präzise verklebt werden können. „Bei den Stückzahlen, in denen diese Drohnen verkauft werden, wäre das mit keinem anderen Verfahren wirtschaftlich machbar.“

Mehrwert erzeugt der 3D-Druck auch da, wo er Einzelanfertigungen in Masse möglich macht. Die orthopädischen Sohlen sind ein Beispiel dafür, ein anderes sind Brillen: „Hier ist der Mehrwert, dass man besser sieht als mit Serienbrillen. Wir können genau berechnen, wie das Glas vor deinem Auge und das Gestell auf deiner Nase sitzen muss, sodass es genau zu deinem Schädel passt. In jeder Design- und Farbvariante, die du willst.“

Ein anderes Beispiel möglicher Wertschöpfung steht in der Eingangshalle: ein experimenteller Autositz für Toyota, nur sieben Kilogramm schwer – normalerweise wiegt ein Sitz 30 Kilogramm – und komplett aus PA 12. Erst aus der Nähe sieht man: Er ist in einem Stück gefertigt, vereint in sich aber verschiedene Strukturen. Ein Geflecht verleiht dem Korpus Festigkeit, an der Oberfläche sorgen kleine federartige Strukturen für Flexibilität.

Der Sitz ist nur ein Prototyp, der zeigt, welche Gewichtseinsparungen man heute schon im Automobilbau erzielen könnte. Aber für eine Serienfertigung müsste sich erst viel an der Technik tun. Sie ist derzeit noch bei großen Bauteilen zu teuer – auch hier müssen Hersteller und Ingenieure umdenken.

„Im Spritzguss rechnest du einfach Materialpreis mal Dichte mal Menge und hast deine Kosten“, sagt Van der Schueren. In der additiven Fertigung entstehen die Strukturen aus einem Pulverbad, und es gibt keine festen Formeln dafür, wie viel Rohmaterial am Ende Ausschuss ist. Dazu kommen die Energiekosten, die sich potenzieren. „Normalerweise rechnest du bei doppelter Größe den doppelten Aufwand. Im 3D-Druck bedeutet doppelte Größe aber den achtfachen Aufwand.“