Innovative Produktion: 3-D-Druck sprengt Grenzen herkömmlicher Fertigungsverfahren

Mit Gartenstühlen hat Hannes Kuhn eigentlich wenig zu schaffen. Sein Unternehmen Kuhn-Stoff in Weingarten in Oberschwaben ist spezialisiert auf Bauteile für den Sondermaschinenbau: Halterungen, Greifer, Düsen. Aber auch Designer sind unter seinen Kunden, der Industriedesigner Stephan Leitl lässt häufig Prototypen ­seiner Kreationen bei Kuhn produzieren, etwa Teile für Kaffeemaschinen oder Ravensburger-Spiele. Als dessen Vater seinen geliebten 20 Jahre alten Gartenstuhl nicht mehr zusammenklappen konnte, weil ein Verstellhaken kaputtgegangen war, fragte Leitl bei Kuhn nach: "Können Sie so was auch?" Kuhn konnte.

  Hannes Kuhn fertigt mit Laser-Schichtbau dreidimensionale Bauteile

Maschinengreifer, Prototypen für Kaffeemaschinen oder mal eben schnell einen Gartenstuhlhaken - für Kuhn macht das keinen Unterschied. Hauptsache, es gibt einen Datensatz. Den Rest macht sein 3-D-Drucker. Solche Geräte bauen mit Laser und Pulver aus Kunststoff, Gips, Harz oder Metall dreidimensionale Teile in mikrometerdünnen Schichten auf. Möglich macht das eine Technik, die generative Fertigung oder Additive Manufacturing genannt wird oder umgangssprachlich: 3-D-Druck.

Noch vor wenigen Jahren trauten viele der Technik nur die Fertigung von Prototypen zu. Jetzt ist sie aus der Nische herausgewachsen. Zunächst begannen Konzerne wie Daimler, Siemens und BMW mit den 3-D-Druckern zu produzieren. Inzwischen können die Anlagen nicht nur Gegenstände aus Kunststoff herstellen, sondern auch Metallteile wie Triebwerksringe für Flugzeuge, Autoteile oder Zahnkronen - ohne ein einziges Werkzeug.

Auch für Mittelständler bietet die Technik ein riesiges Potenzial. Hannes Kuhn erkannte das schon früh. Und entschloss sich, das Spritzgussunternehmen seines Vaters nicht weiter­zuführen. "Das war alles alt, ich hätte 2 bis 3 Mio. Euro investieren müssen." Kuhn schmiss alles raus und kaufte einen 3-D-Drucker: 200.000 Euro teuer, 2,20 Meter hoch, 1,35 Meter breit, 860 Kilogramm schwer. "Spritzgießen und den ganzen alten Quatsch wie Sägen, Drehen und Bohren kann man vergessen", sagt Kuhn. All diese Arbeitsschritte fallen beim 3-D-Drucken weg. "Mit dieser einen Anlage bin ich in der Lage, ein ähnliches Produktspektrum abzudecken wie mit den acht Maschinen, die ich vorher hatte." Alles, was er dafür braucht, sind Dateien mit dem Konstruktionsplan. Die können seine Kunden per E-Mail schicken - ein oder zwei Tage später bekommen sie das fertige Produkt.

Der Vorteil für die Kunden: Sie können nun viel einfacher neue Produkte in Kleinserien produzieren und sehen, ob es einen Markt dafür gibt. Und: Die Konstrukteure brauchen keine Rücksicht mehr auf die Grenzen der herkömmlichen Fertigungsverfahren zu nehmen. Jede beliebige Form, jede Aussparung ist möglich - und die Ingenieure können völlig neue Ideen umsetzen.

Die Firma Polymold etwa, die Plas­tikbecher herstellt, benutzt eine Gussform, die mit 3-D-Druck ge­fertigt wurde. Das Problem konventionell gefertigter Formen: Sie heizen sich bei der Produktion so stark auf, dass regelmäßig gestoppt und gekühlt werden muss, 70 Prozent der Herstellungszeit entfallen allein auf diesen Prozess. Egal wie präzise die Werkzeugmacher die Kühlkanäle in die Form bohren - der Bohrer kann nun mal nicht um die Ecke herum bohren. Am Computer entworfen, konnten die Kanäle aber viel näher an die Oberfläche gelegt werden. Die neuen Gussformen verbesserten die Kühlung so stark, dass die Produktionnun um 40 Prozent schneller läuft. Allein dadurch spart Polymold jedes Jahr 24.000 Euro.

Das Hamburger Zahnlabor Flussfisch Dental hat sich gleich selbst ­einen Hightechdrucker angeschafft. Die Maschine gleicht einem überdimensionierten Backofen. Hinter dem Sichtfenster der Brennkammer erhitzt ein Laserstrahl eine nur 20 Mikrometer dicke Pulverschicht aus Kobalt-Chrom auf 1400 Grad Celsius. Danach streut ein Schieber eine neue Schicht Pulver auf, und der Prozess beginnt von vorn. Nach und nach verschmilzt der Laser das Pulver zu einer ganzen Reihe von Zahnkäppchen - Unterbauten für Verblendkronen. Bis zu 250 Käppchen entstehen gleichzeitig, jede gefertigt nach den individuellen Patientendaten. Die Kunden laden ihre Daten über das Firmenportal hoch und können online verfolgen, wie weit ihr Auftrag ist. Täglich um 18 Uhr starten die Mitarbeiter die Maschine, am folgenden Morgen um 8.30 Uhr sind die Käppchen fertig. In derselben Zeit könnte ein Zahntechniker etwa 20 Stück produzieren. Inzwischen erzielt Flussfisch rund 20 Prozent seines Umsatzes mit 3-D-Produkten.