3D Druck – Eine Revolution für mehr Nachhaltigkeit

Nachhaltigkeit und Individualität sind wichtige Faktoren, wenn es um die Wirtschaft der Zukunft geht. Stelle dir einmal vor, du könntest dein eigenes Auto, dein eigenes Haus oder deine eigenen Schuhe designen und dann einfach ausdrucken. Ein Auto, ein Haus oder Schuhe, die perfekt auf deine Bedürfnisse und Wünsche abgestimmt sind und deine Persönlichkeit sowie deinen Lebensstil perfekt abbilden.  

Was klingt, wie in einem Science-Fiction Film, ist bereits Realität. Möglich macht das der 3D-Druck, welcher in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt ist. Er ist gerade dabei sich in vielen Branchen als wertvolles Werkzeug zu etablieren und damit die Herstellung vieler Produkte zu revolutionieren. BMW gilt als Pionier in dem Bereich. Der Münchner Autobauer forscht seit über 30 Jahren an 3D-Druckverfahren und hat beispielsweise im i8 Hybrid-Roadster, Bauteile aus dem 3D-Drucker eingesetzt. 

Die Corona-Pandemie und der Krieg in der Ukraine haben eine Preisspirale in Gang gesetzt, die man vor Kurzem für unmöglich gehalten hätte. Die Rohstoffpreise sind förmlich explodiert. Außerdem herrscht in Deutschland schon lange ein Fachkräftemangel, der auch vor Handwerkern nicht Halt macht. All diese Veränderungen haben zu einer Innovationsbeschleunigung in der 3D-Drucktechnik geführt.  

Für die Baubranche ist der 3D-Druck ein enormer Vorteil, im westfälischen Beckum steht bereits Deutschlands erstes, ausgedrucktes Haus. Gerade einmal 100 Stunden, also etwas mehr als vier Tage, hat es gedauert, das Haus fertigzustellen. Nur drei Bauarbeiter waren dabei involviert. Mit herkömmlicher Bauweise würde ein Einfamilienhaus rund fünf Monate dauern und es wären deutlich mehr Handwerker nötig. Häuser aus dem 3D-Drucker sind daher die große Hoffnung, um den dringend benötigten günstigen Wohnraum schnell zu schaffen. Da die Häuser mit flüssiger, formbarer Masse ausgedruckt werden, sind alle Formen und Farben von Immobilien möglich – ohne zusätzliche Kosten oder Zeitaufwand. So haben Architekten und Stadtplaner völlig neue Möglichkeiten ihrer Kreativität freien Lauf zu lassen. Die Städte der Zukunft werden daher nicht mehr eintönig, sondern vielfältig und individuell gestaltet sein. Nachhaltigkeit spielt dabei auch eine große Rolle.  

Die italienische Firma „Wasp“ nutzt für die Fertigung ihrer 3D-gedruckten Häuser, in Form von Bienenstöcken, ausschließlich Lehm, Stroh und Holz. Also Rohstoffe, die es auf der Erde im Überfluss gibt und die schnell nachwachsen. Des Weiteren fällt kein zusätzlicher Müll an: „Der Unterschied zwischen der digitalen und der traditionellen Bauweise besteht darin, dass man nur die Menge an Material verwendet, die man braucht, weil man Schicht für Schicht druckt und das Objekt erst nach der Fertigstellung erhält. Zweitens verkürzt sich die Zeit vom Entwurf bis zur Produktion, weil alles in einer digitalen Pipeline passiert und drittens bringt die Digitalisierung das Design näher an die Menschen heran", sagt Hans Vermeulen, CEO des niederländischen Architektur-Start-Ups Aectual. 

Gleiches gilt für die Fertigung von Schuhen. Bisher werden diese in Massenproduktion in armen Ländern unter unmenschlichen Bedingungen gefertigt und mit großen Containerschiffen um den Globus transportiert. Die Anzahl der produzierten Schuhe ist dabei deutlich höher als die Menge derer, die im Laden dann auch tatsächlich gekauft werden. Es fällt also sehr viel Müll an, der dann auf Halden gebracht und letztendlich verbrannt werden muss. Adidas und weitere Hersteller haben in Sonderauflagen bereits damit begonnen, mit dem 3D-Drucker gefertigte Schuhe anzubieten. Und das amerikanische Start-Up Feetz hat sich dem umweltfreundlichen Design von 3D-gedruckten Schuhen verschrieben, die Stil haben und stark zum Umweltschutz beitragen. Denn es werden tatsächlich nur die Schuhe produziert, die verkauft sind. Nicht nur, dass dabei kein Müll anfällt, man kann die Schuhe in allen Variationen auch selbst designen – der Kreativität sind dabei keine Grenzen gesetzt.  

Die Mobilitätsindustrie profitiert ebenfalls enorm von den schier endlosen Möglichkeiten des 3D-Drucks. Insbesondere der Leichtbau, denn nach herkömmlicher Methode müssen etwa Formeinsätze für Spritzgussteile aus Aluminium oder Stahl hergestellt werden. Komplexere Formen sind in dieser Weise schwierig herzustellen, was zu hohen Kosten und langen Vorlaufzeiten führt. Dank dem 3D-Drucker können Formeinsätze in allen Variationen schnell und einfach ausgedruckt werden. Es werden keine meterhohen Rollen aus Stahl oder Aluminium benötigt und weder riesige Stanzen noch spezielle Werkzeuge, somit ist die Produktion flexibler und billiger. Aber nicht nur Leichtbauteile lassen sich drucken, das Prinzip kann auf alle Fahrzeugteile angewandt werden.  

Kevin und Lukas Czinger aus Los Angeles möchten mit 3D-Druck die Herstellung von Autos revolutionieren. Sie haben bereits einen kompletten Sportwagen ausgedruckt: den Czinger 21C. Die Fertigung dieses Wagens ist auf 80 Stück begrenzt und er ist für zirka zwei Millionen Dollar zu haben. Außerdem hat das kalifornische Start-Up bereits 600 Millionen Dollar von Investoren bekommen, um die Produktionskette von Autos komplett neu zu konzipieren, was überaus erfolgreich zu sein scheint, denn sie fertigen bereits Rahmen und Aufhängungen für acht Automarken, darunter der Sportwagenhersteller Aston Martin.  

Diese Art der Fertigung könnte eine Blaupause für die Autoproduktion der Zukunft sein, denn die Fahrzeugteile können regional gedruckt und vor Ort montiert werden, mit leichteren und stabileren Komponenten. Der CO2-Abdruck wäre geringer, da der Transport nahezu entfällt. Außerdem würden durch die komplette Automatisierung der Druckprozesse Lieferengpässe, wie wir sie durch die Corona-Pandemie zuhauf erleben, der Vergangenheit angehören, auch Streiks würden die Produktion nicht mehr beeinflussen.  

Was für Autos gilt, gilt natürlich auch für andere Formen der Mobilität. Studierende der ETH Zürich haben ein E-Motorrad in nur einem Jahr, vom Konzept bis zum ersten Test, entwickelt. Ihr Ziel ist es, die Herausforderungen des Klimawandels anzugehen und ein nachhaltiges Zweirad auf die Straße zu bringen, das energieeffizient ist und so eine große rein elektrische Reichweite bietet. Ermöglicht wird dies durch einen neuartigen Zweinabenmotor. In konventionellen Motorrädern gehen rund 80 Prozent der Energie verloren, insbesondere am Vorderrad, deshalb haben die meisten E-Motorräder sehr kurze Reichweiten. Um das Problem zu lösen, hat das Team der ETH Zürich einen weiteren Elektromotor in das Vorderrad integriert, der als Generator dient, um die gesamte Bewegungsenergie zu rekuperieren. Durch dieses Verfahren erhöht sich die Effizienz des Fahrzeugs dramatisch. Die meisten Teile des Motorrads wurden im 3D-Drucker gefertigt, denn mit wenig Budget und einem straffen Zeitplan fallen konventionelle Methoden von Anfang an aus. Teile der Verkleidung wurden gedruckt, aber auch strukturelle Komponenten wie die Fußrasten. „Mit 3D-Druck kann man komplexere Strukturen basteln, das ermöglicht es verschiedene Funktionen in einem Teil zu kombinieren“, sagt Tobias Oesch, technischer Leiter des Projekts.  

Anhand der oben genannten Beispiele sieht man sehr gut, was für einen enormen Einfluss der 3D-Druck auf unser Leben bereits hat und in naher Zukunft haben wird. Mobilität, Bauen und Mode sind nur ein kleiner Teil dessen, wo diese Technologie immer wichtiger wird. Durch wegfallende Lieferketten und weniger Abfallmaterial sowie Energieverbrauch ist die 3D-Druck-Technologie nicht nur eine Innovation, sondern die Chance, unsere Welt ein kleines bisschen besser und nachhaltiger zu gestalten.