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Dreidimensionale Druck-Wunder

Additive Fertigungsverfahren sind drauf und dran, die Industrie zu erobern. Über die Chancen und die Grenzen des 3D-Drucks.

Drucker
© UpNano

Eine Burg, die auf die Spitze eines Bleistifts gedruckt wird und deren Details nanometer-klein und dennoch in glasklarer Deutlichkeit herausgearbeitet sind. Ein  beeindruckendes Beispiel, was 3D-Druck alles kann. Um es zu verdeutlichen: Ein Nanometer ist ein Millionstel eines Millimeters. In diesen Größenordnungen bewegt sich die Technologie von UpNanoUpnano. Das erst 2018 als Spin-off der Technischen Universität (TU) Wien gegründete Wiener Start-up entwickelt 3D-Drucksysteme, mit dem Komponenten im Super-Miniaturbereich gedruckt werden können - rascher und in besserer Qualität als mit jedem anderen Herstellungsverfahren. Ihr erster 3D-Drucker ist seit kurzem auf dem Markt. „Er erlaubt die Herstellung allerkleinster Bauteile mit Details von bis zu 170 Nanometer in hochauflösender Qualität”, sagt Denise Mandt, Mitbegründerin der UpNano. Zum Vergleich: Ein Haar ist im Durchschnitt 0,06 Millimeter dick - umgerechnet sind das 600.000 Nanometer.

 „Die Nachfrage nach Mikrobauteilen wird weiter steigen.“
Denise Mandt, Head of Marketing und MitgründerinUpNano GmbH

Noch sind es vorwiegend Forschungsinstitute und große Unternehmen, für die solche 3D-Drucker interessant sind. Sie setzen sie in der Materialentwicklung, in der Wirkstoffanalyse oder in der Zellforschung ein. Mandt sieht allerdings auch im Produktionsbereich Potenzial- „vor allem überall dort, wo viel Technik auf kleinstem Raum benötigt wird, wie im Consumer Electronics-Bereich, in der Mikrooptik oder in der Medizintechnik.” Mit üblichen Fertigungsverfahren würden Produzenten hochtechnischer Geräte schon oft an die Grenze des Machbaren stoßen. „Wo die Möglichkeiten des Mikrospritzgusses enden, steigen wir ein”, so Mandt.

Viel 3D-Druck-Expertise in Wien

UpNano ist ein gutes Beispiel für die hohe Innovationskraft Österreichs im 3D-Druck. Laut Europäischem Patentamt stiegen zwischen 2014 und 2017 die Patentanmeldungen aus Österreich in diesem Sektor um sagenhafte 1300 Prozent. Europäischer Durchschnitt: 370 Prozent. Wien sei insbesondere im Bereich 3D-Lithographie gut aufgestellt, sagt Jürgen Stampfl, Professor am Institut für Werkstoffwissenschaften an der TU Wien und Experte für additive Fertigungsverfahren. „Da ist Wien sicher unter den Top-5 weltweit.” Auch darüber hinaus gebe es hier eine „recht rührige 3D-Druck-Szene”. Viele Bildungs- und Forschungseinrichtungen beschäftigen sich mit dem Zukunftsthema 3D-Druck. Die TU Wien zum Beispiel hat in der Seestadt Aspern ein 3D-Druck-Kompetenzzentrum aufgebaut, wo verschiedene Verfahren und Systeme erforscht und produziert werden.

Industrie und Medizin als Wachstumssektoren

Stampfl sieht aktuell den größten Markt für additive Fertigungsverfahren in der Biomedizintechnik: „Überall dort, wo patientenspezifische Geometrien gebraucht werden, ist das ein großes Thema.” Im Dentalbereich oder bei Hörgeräten ist der Einsatz von additiven Fertigungsverfahren bereits jetzt weitgehend Standard. Auch Knochenersatz aus dem 3D-Drucker ist bereits möglich. Bis es allerdings auch Nervenzellen oder Organe aus dem Drucker gibt, sei der Weg noch weit. „Gläserne Decke sind hier die regulatorischen Hürden, die Zulassung, um das Ganze auch in die Klinik zu bekommen”, sagt Stampfl.

 „Der 3D-Druck erobert jetzt die Industrie.“
Jürgen Stampfl, Univ.Professor für Werkstoffwissenschaften, TU Wien

Einig ist er mit Mandt, dass der 3D-Druck gerade die Industrie erobert. Gefragt sei dabei nicht nur das klassische Prototyping, sondern zunehmend auch hochwertige Kleinserien und langlebige Spezialbauteile etwa für Kraftwerke oder die Luftfahrtindustrie, bei denen sich die Fertigungskosten über die Nutzungsdauer jedenfalls rechnen. Solche Teile, sagt Stampfl, würden oft nur noch im 3D-Druck hergestellt.

Betriebe müssen Kompetenz aufbauen

„Überall dort, wo die Anforderungen steigen, weil die Produkte komplexer werden, wird 3D-Druck auch bei Serienfertigung wirtschaftlich”, ist Johannes Benedikt, Cheftechniker der Lithoz GmbH, überzeugt. Das Wiener Unternehmen entwickelt 3D-Drucksysteme und -materialien für Hochleistungs-Keramiken und ist damit Weltmarktführer. Lithoz besetzt ein - noch - schmales Segment. Der Großteil des 3D-Drucks erfolgt in Kunststoff und Metall. „Keramik wird wegen seiner besonderen Eigenschaften überall dort eingesetzt, wo andere Materialien versagen - von der Luftfahrt über die Industrie bis zur Medizin- und Dentaltechnik”, erklärt Benedikt.

 „Die Mechatroniker-Branche kann das Thema 3D-Druck nicht ignorieren. Betriebe müssen jetzt Kompetenz aufbauen.“
Johannes Benedikt, CTO (Chief Technology Officer) Lithoz GmbH

Seit der Pandemie ortet er in Europas Wirtschaft das wachsende Bestreben, in der Fertigung weniger abhängig von Asien zu sein - auch das spiele dem 3D-Druck in die Hand. Dass additive die herkömmlichen Fertigungsverfahren verdrängen könnten, glaubt Benedikt jedoch nicht. Speziell die Mechatronikerbranche - Benedikt sitzt im Ausschussgremium dieser Innung - könne das Thema aber nicht ignorieren. „3D-Druck ist aus dem Bastelkeller heraußen und hat die Industrie erreicht. Die Betriebe müssen jetzt Kompetenzen aufbauen, um den Anschluss nicht zu verlieren.” Dafür genüge meist schon eine einfache 3D-Technologie, „es muss nicht immer der revolutionäre, teure Prototyp sein.” Mittelfristig sieht Benedikt den 3D-Druck als weitere Fertigungstechnologie im Angebot der Mechatroniker.

Machbar ist nicht immer sinnvoll

Ob die Zukunft auch alltägliche Produkte wie etwa Lebensmittel, Kleidung oder ganze Bauwerke aus dem 3D-Drucker bringen wird, lasse sich schwer beantworten, sind die Experten einig. Was die druckbaren Materialien betrifft, sieht Stampfl kaum Grenzen. Diese liegen eher in der Wirtschaftlichkeit, meint Mandt: „Der Vorteil von 3D-Druck ist die individuelle Gestaltbarkeit. Die entscheidende Frage ist: Wo kann man das sinnvoll einsetzen?”



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