3D-Druck ist doch Mist: 5 Probleme und wie sie sich beheben lassen

Von Jeff Kowalski
- 12. Mär 2015 - 7 min-LEKTÜRE
Micke Tong

Das Dumme am 3D-Druck ist, dass er momentan – milde ausgedrückt – einfach suboptimal funktioniert.

Verstehen Sie mich nicht falsch. 3D-Drucken hat einige ziemlich coole Vorteile. Wir können damit jeden noch so komplexen Auftrag bewältigen. Punktgenaue Präzision garantieren. Die Grenzen des Machbaren sprengen und unserer Fantasie freien Lauf lassen. Endlich den Traum der individualisierten Massenfertigung verwirklichen.

Bloß läuft es irgendwie nicht so, wie es laufen sollte. Diese Technologie, so hieß es, würde die Fertigung revolutionieren. Aus jedem Normalverbraucher ein kreatives Genie machen!  Das Produktionsmodell auf den Kopf stellen! Ein eigener Drucker für jeden Haushalt!

Und stattdessen? Jahre später stehen die meisten von uns immer noch auf der linken Seite der „Hype-Kurve“, auf dem Gipfel der überzogenen Erwartungen, kurz vor dem Absturz in den Abgrund der Desillusion.

Aufgegeben hab’ ich trotzdem noch nicht. Das Versprechen ist für mich immer noch genauso verführerisch wie eh und je. Endgültig durchsetzen wird sich der 3D-Druck jedoch nur, wenn er zeigen kann, dass er mehr ist als nur ein Versprechen.

Um Ihnen zu verdeutlichen, was mich am aktuellen Stand der Technik besonders stört, will ich hier ein Lamento über die fünf schlimmsten Probleme anstimmen.

kid watching 3D printer

1. Ergebnisse/Qualität. Eigentlich eine Grundvoraussetzung, sollte man meinen – trotzdem hapert es beim 3D-Druck an allen Ecken und Enden:

  • Bruch- und ablösungsanfällige FDM-Bauteile
  • Niedrige Auflösung
  • Werkstoffe

Okay, fairerweise muss man zugeben, dass eben nur Werkstoffe in Frage kommen, die sich extrudieren, spritzen oder schmelzen lassen. Ob sie sich auch für die Anwendungen oder Verwendungszwecke eignen, für die sie gedacht sind, steht dabei auf einem anderen Blatt. Außerdem können – von wenigen Ausnahmen abgesehen –  normalerweise höchstens zwei Werkstoffe auf einmal verarbeitet werden. Ergo setzen wir unserer Fantasie eben doch wieder Grenzen.

Will ich aber nicht. Ich will einen Drucker, mit dem ich Werkstoffe kreieren kann, die es vorher nicht gab. Einen Drucker, der mir beim Drucken nebenbei eine Metalllegierung herstellt.

Folgendes Beispiel wird Ihnen das Problem hoffentlich näher veranschaulichen – und wenn nicht, können Sie wenigstens über mein Alter spekulieren. Haben Sie als Kind auch mit Schrumpffolie gebastelt? Wissen Sie noch, wie man einen Entwurf gezeichnet, ihn in den Backofen geschoben und zugeschaut hat, wie er schrumpfte, und … sich dann über das enttäuschende Resultat geärgert hat?

Verstehen Sie, worum es mir geht? Wir müssen beim 3D-Drucken davon wegkommen zu sagen: „Voll cool, ich hab was gebaut!“ und zu der Einstellung hinkommen: „Ich hab was voll Cooles gebaut!“ Das Ergebnis muss qualitativ überzeugen, und zwar bei jedem einzelnen Druckvorgang. Es muss aus hochwertigen Werkstoffen gemacht und mit keinem anderen Verfahren herstellbar sein.

2. Der unzuverlässige Druckvorgang. Der Vorgang selbst ist bereits abschreckend kompliziert und erfordert viel zu viel Tüftelei an den Formaten, Parametern und mechanischen Nachjustierungen, damit die Sache überhaupt funktioniert.

Diesen Witz kennen Sie bestimmt schon:

Warum sind 3D-Drucker durchsichtig?

Damit Sie zuschauen können, wie Ihr Projekt in die Hose geht!

Mir ist schon klar, dass manche Leute gerne wissen, was im Inneren ihrer Geräte vor sich geht. In erster Linie sind die Drucker aber deswegen durchsichtig, damit wir eingreifen können, sobald was schief läuft.

Das geht soweit, dass manche Leute Kameras aufstellen, um ihre Drucker zu überwachen! Würden Sie je neben Ihrem 2D-Drucker stehen und aufpassen, dass er sich nicht daneben benimmt? Ich auch nicht.

Höchste Zeit also, dass wir aufhören, uns von dem ganzen Hype um 3D-Drucker und 3D-Druck blenden zu lassen, und uns stattdessen darauf konzentrieren, was damit gedruckt wird. Wen interessiert es, dass ich einen tollen 3D-Drucker habe und mir das 3D-Drucken total Spaß macht? Die eigentliche Frage lautet doch, welche Ergebnisse ich damit erziele.

3D printing gear

Ich freue mich auf den Tag, an dem 3D-Drucker nicht mehr durchsichtig sind, der Pfad vom Entwurf zum fertigen Teil aber dafür glasklar ist. Und der gesamte Vorgang so zuverlässig und fehlerfrei geworden ist, dass dem 3D-Drucken das wunderbare Schicksal aller erfolgreichen Technologien zuteil wird: Allgegenwärtigkeit und Unsichtbarkeit. Eine  langweilige schwarze Kiste.

Insgesamt sollte das Ziel darin bestehen, die Technologie so zuverlässig zu machen, dass zum Drucken nur noch ein einziger Klick erforderlich ist. Um dahin zu kommen, brauchen wir das 3D-Äquivalent von PostScript und dem LaserWriter, die zuverlässig gute Ergebnisse beim Desktop-Publishing möglich machten. Erst dann wird diese vielzitierte „Revolution“ richtig in Gang kommen.

3. Der veraltete Arbeitsablauf. Beim 3D-Druck kommt ein veralteter Arbeitsablauf zum Einsatz, der auf dem klassischen linearen Ansatz beruht:

  • Mensch: Entwurf
  • Computer: Dokumentation und Analyse

Die Vorteile innovativer Verfahren – Stichwort: generative Gestaltung – werden dabei in den seltensten Fällen genutzt. Stattdessen läuft es so, dass erst die Designer die Objekte zeichnen, die sie bauen wollen, und anschließend der Roboter im 3D-Drucker die gleichen Objekte noch einmal zeichnet.

Mit anderen Worten, es werden immer noch die gleichen Teile wie eh und je von Menschenhand entworfen – und dann erwarten wir, dass der 3D-Drucker daraus etwas revolutionär Neuartiges macht! Solange die menschlichen Zeichenkünste die Grenzen des Machbaren bestimmen, vergeuden wir das Potenzial des 3D-Drucks.

Weitaus besser wäre es, den eigentlichen Entwurf weitgehend dem Computer zu überlassen. Wenn Designer sich diese Denkweise in aller Konsequenz zu eigen machen und der Software vollkommen freie Hand lassen würden, könnten Entwürfe entstehen, die die Möglichkeiten des von Menschenhand Gezeichneten weit übersteigen.

Solange wir der alten Denkweise verhaftet bleiben und die Designer, die nur über ein begrenztes Maß an Zeit, Geduld und finanziellen Ressourcen verfügen, die ganze Arbeit machen lassen, werden wir das volle Potenzial des 3D-Drucks nie ausschöpfen. Letztlich läuft es zumeist darauf hinaus, dass man ein oder zwei alternative Entwürfe erstellt und sich dann für den besseren entscheidet. Sollte das Ziel nicht vielmehr darin bestehen, den besten aller möglichen Entwürfe zu drucken?

Ein echter Paradigmenwechsel sähe so aus: Designer dürfen ihre Computer nicht länger als bloße Zeichenwerkzeuge betrachten. Computer können mehr, als nur menschliche Befehle auszuführen. Sondern sie können uns bereits in der Entwicklungsphase wichtige Aufgaben abnehmen.

4. Die falsche Zielsetzung. Lamento Nummer vier: Bislang wird beim 3D-Druck immer noch das falsche Ziel verfolgt.

So werden fröhlich Prototypen, Ersatzteile und allerlei Schnickschnack gedruckt. Stattdessen sollte man sich auf die Herstellung fertiger Endteile und auf neuartige Lösungen für übergreifende Probleme konzentrieren.

Um diese neue Zielvorgabe zu erreichen, ist es wichtig, dass wir uns dem 3D-Druck aus ganzheitlicher Perspektive nähern und dabei vier Facetten der additiven Fertigung in Kombination betrachten: Teile, Anlage, Werkstoffe und Verfahren.

Bei anderen Fertigungsverfahren ließen sich diese vier Aspekte sauber voneinander trennen und einzeln optimieren. Beim 3D-Druck hingegen greifen sie alle ineinander. Um die Funktionsfähigkeit einer Baugruppe zu optimieren, geht man am besten über die Werkstoffe. Federn, Hebel, Scharniere und Dämpfer lassen sich nicht nur über das einzelne Bauteil, sondern auch durch die Verwendung gut durchdachter Zwischenprodukte optimieren. Dabei ist es entscheidend, das Zusammenspiel zwischen den einzelnen Elementen zu verstehen.

3D-printed lattice

Nehmen wir zum Beispiel den Motor eines Rennwagens. Ein Ingenieur kommt auf die schlaue Idee, die Zylinderköpfe  mit dem 3D-Drucker aus einem leichten Gittergewebe herzustellen. Das wäre kostspieliger als das handelsübliche Frästeil und scheint daher zunächst wenig zielführend. Dann wird dem Ingenieur jedoch klar, dass sich durch einen leichteren Zylinderkopf die Rückstellfeder und damit auch der Ventilschaft verkürzen lässt, wodurch wiederum der Verschleiß der Nocken reduziert wird. Demzufolge kann hier ein billigerer Werkstoff verwendet werden. Außerdem wird der Motor und damit auch der Motorraum insgesamt kleiner. Das Endergebnis ist ein Motor, der bei geringeren Kosten mehr Leistung bringt.

Hätte der Ingenieur nur nach punktuellen Verbesserungen durch 3D-Druck gesucht, wäre ihm  diese Chance entgangen. Genau das meine ich mit meiner Behauptung, dass das falsche Ziel verfolgt wird: Designer müssen in ihren Denkansätzen viel ambitionierter werden und integrale Lösungen anstreben.

5: Die verfrühte Marktreife. Mein fünftes und letztes Lamento lautet, dass Hersteller von 3D-Druckern viel zu früh Standards festzurren wollen und dadurch weitere Innovationen im Keim erdrücken. Dabei hat der Markt für 3D-Drucker erst den Zustand der „Frühreife“ erreicht.

Dummerweise verwechseln die Hersteller diesen kleineren ersten Durchbruch mit dem größeren, der erst noch bevorsteht. Ihre Kunden sind die Enthusiasten, nicht die breite Bevölkerung. Wenn man sich aber die Geschäftsmodelle der Hersteller anschaut, so sind diese eher zur Optimierung späterer Entwicklungsphasen geeignet.

In Wirklichkeit befinden wir uns noch in der Frühphase, in der offene Innovation dominieren müsste. Stattdessen tun die Hersteller so, als stünde bereits ein 3D-Drucker in jedem Haushalt: Sie bauen ID-Chips in Werkstoffpatronen ein, sodass sie weder nachgefüllt noch von Drittanbietern bezogen werden können.

Wenn man damit einmal anfängt, liegt der Fokus plötzlich auf dem Vertrieb von Werkstoffen, und dann macht man dumme Fehler und überproduziert Trägermaterialien, statt den tatsächlichen Bedürfnisse der Kunden gerecht zu werden, die überhaupt keine Trägermaterialien wollen!

Ein solches Denken führt in eine Sackgasse, weil dabei nicht der Kunde, sondern die eigenen Geschäftsinteressen im Vordergrund stehen. Es dürfte Einigkeit darüber bestehen, dass die Branche weiter innovieren muss.

Um mein Lamento über diese fünf Probleme und ihre potenziellen Lösungen auf den Punkt zu bringen: Designer müssen mit geringerem Arbeitsaufwand, höherwertigen Ergebnissen, besserer Ausdrucksqualität und gesteigertem Vertrauen in eine zuverlässigere Technik neue Lösungsansätze entwickeln, um Herausforderungen zu bewältigen.

Voran mit der Innovation und auf in die nächste Phase des 3D-Drucks!

Ähnliche Artikel