3D-Technik fürs Handwerk

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3D-Drucker

Das neue Verfahren fertigt komplexe Produkte in nur einem Arbeitsschritt. Feinwerkmechaniker Günter Hofmann nutzt die Technik. Wie die Geräte funktionieren und welche Anwendungen möglich sind.

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    © Stephan Minx
    Unternehmer Günter Hofmann (li.) fertigt in seinem Betrieb auch Teile für die NASA und die Autoindustrie.
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    © 3D-Systems
    Das Modell Cube vom amerikanischen Unternehmen 3D-Systems wird aus den USA als Fertiggerät geliefert.
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    © Sintermask
    Der Fabbster vom Hersteller Sintermask ist als Bausatz erhältlich. Der Drucker muss erst zusammengebaut werden.
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    © German RepRap GmbH
    Mit dem Protos V2-Drucker geht die German RepRap GmbH auf den Markt. Den Protos kann man als Bausatz kaufen.
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    © Hafner’s Büro
    Den MakerBot Replicator 2 bietet Hafner’s Büro im Onlineshop an. Der 3D-Drucker wird als Fertiggerät geliefert.
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    © Irapid
    Der Irapid 3D-Printer V2 kommt vom deutschen Hersteller Irapid. Der Drucker kann online bestellt werden.

Schicht für Schicht baut der Laser im 3DDrucker das metallische Kleinteil auf. Der Prozess dauert. Ein 3D-Druck beansprucht je nach Bauteil mehrere Stunden. Bis aus dem Metallpulver eine auf den Nanometer angepasste Zahnkrone, Titanplatte oder Brücke geworden ist, muss der Faserlaser immer wieder das pulverförmige Metall lokal aufschmelzen. Die Schicht erkaltet nach der Laserung in wenigen Sekunden, bis dann eine neue Pulverschicht aufgetragen wird. Der moderne Laserdrucker steht im Showroom des oberfränkischen Feinwerkmechanikunternehmens Concept Laser, das zu der Hofmann Innovation Group in Lichtenfels gehört.

3D-Laserdruck

Der 3D-Drucker, den Marketingmanager Daniel Hund für handwerk magazin im Showroom vorführt, liegt mit 159 000 Euro noch im unteren Preissegment. Er ist auch der kleinste unter den drei Druckern im Raum. „Mit unserem 3D-Laserdruck-Verfahren können wir sowohl Werkzeugeinsätze mit konturnaher Kühlung, als auch Direktbauteile für die Schmuckbranche, Medizin- und Dentaltechnik sowie für die Kfz-Branche und Luft- und Raumfahrt fertigen“, erklärt Hund.

Anhäufen statt reduzieren

Damit der Laser auch weiß, welche Konturen er erstellen muss, gibt Feinwerkmechaniker Johannes Hoffmann die 3D-Daten mittels CAD (computer-aided design)-Software in den Drucker ein. Nach jeder aufgebauten Schicht senkt sich der Bauraumboden im Drucker, damit eine neue Schicht aufgetragen und durch den Laser wieder geschmolzen werden kann. Die einzelnen Ebenen sind 20 bis 100 Mikrometer dünn. Das erklärt den Zeitaufwand, der aber gegenüber konventionellen Produktionsverfahren wie dem Schmelzen, Gießen und Formen zwei entscheidende Vorteile hat. „Das 3D-Druckverfahren arbeitet so präzise wie kein anderes Produktionsverfahren und das auch in einem Guss“, so Hund weiter. „Der Anwender erhält ein fertiges Bauteil, das lediglich noch poliert oder beschichtet werden muss.“ Statt das Material zu zersägen, zu fräsen und es in aufwendigen Arbeitsschritten zu reduzieren, wird es beim 3D-Druck planvoll angehäuft.

3D-Drucker im Handwerk

Die Concept Laser GmbH ist das jüngste Mitglied in der Unternehmensgruppe von Geschäftsführer Günter Hofmann. Der Unternehmer ist mit der Innovation Group und der 3DLaserdrucktechnik nicht nur marktführend, er lässt seine Erfahrungen und Innovationen auch in den Vorsitz der Feinwerkmechanik- Bundesfachgruppe des Metallverbandes miteinfließen. „Die 3D-Drucker sind für das Handwerk attraktiv, weil sie kleine Metallbauteile oder Schmuck in nur einem Arbeitsschritt herstellen können.“ Aber nicht nur Goldschmiede und Feinwerkmechaniker profitieren von dem 3D-Druckverfahren. Hofmann produziert auch Prototypen und Drucker für die Dentaltechnik. „Es gibt schon die passende 3D-Software für Zahntechniker, mit der die Handwerker schnell und billig einen Zahn aufbauen können – in der Herstellung kostet der Zahn dann nicht mehr als einen Euro.“

Jeder 3D-Drucker, ob er Teile aus Kunststoff oder Metall produziert, braucht einen 3D-Datensatz, mit dem er gefüttert werden muss. Viele Zahnärzte und plastische Chirugen arbeiten bereits mit 3D-Scans der verletzten Stelle. Diese Daten werden in den Computer eingespeist, womit die entsprechende CAD-Software daraufhin ein 3D-Modell erstellt.

Attraktiv für Handwerker

Bislang ist die Software für den professionellen 3D-Druck im eigenen Wohnzimmer noch zu teuer. „Das wird sich aber ändern, wenn Softwareunternehmen den breiten Markt für solche Produkte sehen und die entsprechenden Programme entwickeln“, ist sich Hofmann sicher. „Alle Investitionen in eine einfacher zu bedienende und billigere 3D-Software helfen uns in der ganzen Entwicklungszeit dazwischen. Hofmann spricht hier auch gezielt andere Handwerksunternehmen an. „Wenn es die passende Software für 2000 Euro gibt, wird es auch für kleine Handwerksbetriebe attraktiv, über den 3D-Druck ihrer Produkte nachzudenken.“ Im Schmuckhandwerk sei die Technik aber bereits wirtschaftlich.

NASA kauft 3D-Drucker aus Franken

Entscheidend ist zudem die Komplexität der aufwendigen Softwareprogrammierungen. „Bislang gibt es noch wenige große Unternehmen, wie Siemens zum Beispiel, die 3D-Software entwickeln. Anwender brauchen für den professionellen Umgang mit der 3D-Technik fast schon ein Maschinenbaustudium“, sagt Hofmann. Die Entwicklung von einfachen Bedienungsanleitungen für Hard- und Software im 3D-Druck sei für den privaten Druck zu Hause noch nicht ausgereift genug, wie der Unternehmer weiter erklärt.

Günter Hofmann denkt in größeren Dimensionen. Der Familienunternehmer produziert auch Kunststoffdrucke wie Scheinwerfer, Sitzschalen und ganze Armaturen sowie Chassis für die Automobilhersteller wie Audi und VW. Neben Fertigungsaufträgen verkauft die Hofmann Innovation Group ihre 3D-Drucker auch an die US-Luft- und Raumfahrtbehörde NASA.

Der Flugzeugbauer Boeing fertigt Innenteile seiner Flugkabinen ebenfalls mit der Verfahrenstechnik aus Oberfranken. „Bis der Kunststoffdruck auch für kleine Handwerksbetriebe und den privaten Verbrauch wirtschaftlich geworden ist, werden noch fünf bis sechs Jahre Entwicklung nötig sein“, so Hofmann weiter.

Zweistellige Wachstumsraten

Das amerikanische Beratungsunternehmen Wohlers prognostiziert der 3D-Drucktechnik bis zum Jahr 2020 zweistellige Wachstumsraten. Das weltweite Marktvolumen betrug 2011 circa1,7 Milliarden US-Dollar. Auch Günter Hofmann rechnet mit einem rasanten Ausbau der 3D-Technologie: „Etabliert sich das 3DDruckverfahren auch in der Kleinserie, wird nicht nur das Metallhandwerk zukünftig von dieser Entwicklung profitieren.

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