oder wie der 3D-Druck von Polymeren unsere Körper reparieren, unterstützen und verbessern wird.

Im industriellen Umfeld wird intensiv diskutiert, in welchen Anwendungen der 3D-Druck wirtschaftlich und gesellschaftlich sinnvoll genutzt werden kann. Es wird immer wieder die Frage gestellt, ob die oft zitierten Vorteile des 3D-Drucks wie

• die einfache Integration von verschiedenen Funktionen in nur einem Bauteil, zum Beispiel ein gedrucktes komplettes Getriebe¹,
• die hohe Verfügbarkeit und Produktion auf Zuruf, zum Beispiel für die schnelle und ortsflexible Produktion von Ersatzteilen²,
• die wirtschaftliche Produktion von Kleinserien³, zum Beispiel für Prototypen, Reproduktionen oder für Produkte mit hohem Individualisierungsgrad,
• oder die Ausnutzung der neuen Design- und Gestaltungsoptionen, zum Beispiel zur Herstellung besserer und leichterer Produkte⁴,

in den meisten technischen Anwendungen ausreichen, um den 3D-Druck in größerem Umfang als neue Standard-Fertigungstechnologie zu etablieren.

Egal, 

• ob wir schlecht sehen oder hören und zu Produkten wie Brillen und Hörgeräten greifen, 
• ob wir an eingeschränkter Mobilität oder Körperdefekten leiden, wo Prothesen, Implantate, Orthesen, Epithesen, Organersatz, Zahnersatz, Haut oder orthopädische Ergänzungen eine Rolle spielen, 
• ob wir uns besser schützen oder leistungsfähiger sein wollen, zum Beispiel durch den Einsatz individuell angepasster Helme, Schoner, Schuhe, Fahrradsättel oder Exoskelette, 
• oder ob wir einfach nur unser Aussehen verbessern wollen durch Zahnkorrektur und Schönheits-OPs. 

Allen diesen Hilfsmitteln ist gemein, dass sie jeweils auf uns persönlich angepasst und ausgerichtet werden müssen, um ihren Zweck optimal zu erfüllen.

Alles, was individuell auf einen Körper angepasst werden muss, ist aufwendig, zeitintensiv und kostet viel Geld. Das ist es vielen Menschen aber wert und dementsprechend haben sich ganze „Industriezweige“ und Fachgebiete in der Medizin, Orthopädie und Technik genau hierauf spezialisiert – und der 3D-Druck ist ihr „Game Changer“. 

Den 3D-Druck gibt es bereits seit fast 40 Jahren⁵. Hat bisher immer noch etwas Entscheidendes gefehlt? Schaut man genau hin, dann kann die explosionsartige Entwicklung des 3D-Drucks der letzten zehn Jahre⁶, neben dem Auslaufen entscheidender Grundpatente⁷, vor allem dem günstigen Zusammenspiel verschiedener Entwicklungen zugeschrieben werden.

Ganz vorne die Computertechnologie: Als „digitale“ Verarbeitungstechnologie profitierte der 3D-Druck im großen Stil vom Fortschritt in der Computertechnologie und der Miniaturisierung. Mit dem immer noch exponentiellen Wachstum von Rechenkapazitäten⁸ steigt auch die Leistungsfähigkeit von moderner Simulations- und Optimierungssoftware. Diese ermöglicht erst ein Produktdesign, das die viel größeren geometrischen Freiheitsgrade der verschiedenen 3D-Druck-Technologien optimal ausschöpft. Vor dem Druck übernimmt dann ein weiteres spezialisiertes Programm die Übersetzung (Slicing⁹) der optimierten Designs in effizient ausführbare Druckvorgaben. Auch die Preise für die Bauteile von 3D-Druckern wie Elektromotoren, Motherboards, Laser oder Beamer sind in den letzten zehn Jahren dramatisch gefallen. Aus 3D-Druckern wurde Massenware. Die dafür notwendige Druckersoftware und Hardware sind mittlerweile von einer großen Zahl von Anbietern erhältlich und bezahlbar.

Neben dem Verdrucken von Metall- und Keramikpulvern blicken wir als Polymerchemiker mit Begeisterung auf die immer größer werdende Zahl von „verdruckbaren“ Polymermaterialien¹³ und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten zur Herstellung von Produkten mit komplexen optimierten Geometrien und immer vielfältigeren Eigenschaften. Hochschulabsolventen, junge Fachkräfte und besonders auch unsere Kinder in den Schulen wachsen mit dieser Technologie auf, nehmen den 3D-Druck als günstige und gut verfügbare Alltagstechnologie wahr und fangen an, in 3D-gedruckten Problemlösungen zu denken. 

Dabei gilt die Grundregel: Während klassisch gefertigte Bauteile zunehmend auch 3D-gedruckt werden können, ist ein für den 3D-Druck entwickeltes, optimiertes Bauteil nur mit großem Aufwand und unter Eigenschaftsverlust auf eine klassische Fertigungsmethode rückführbar.

Autoren:
Dr. Dirk Achten, R&D Digital Printing im Geschäftsbereich CAS bei der Covestro Deutschland AG; 
Anne Hansen, PhD Student im Bereich Additive Manufacturing bei der Covestro Deutschland AG
Redaktionelle Bearbeitung: Maren Mielck, GDCh