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    3D-Druck wird Innovationszyklen beschleunigen

    13.04.15 | 08:23 Uhr

    Additive Fertigungsverfahren haben großes Potenzial für die Forschung, Entwicklung und Produktion in der Kosmetik-Zulieferindustrie

    Eine Technologie, die derzeit einen regelrechten Boom erlebt und in die weltweit stark investiert wird, ist der 3D-Druck. Dabei handelt es sich um ein Additives Fertigungsverfahren, bei dem ein beliebiges körperliches Objekt schichtweise aus einem formlosen Material aufgebaut wird. In der Regel kommt das Verfahren bei der Herstellung von Prototypen für die industrielle Fertigung zum Einsatz. Welches Potenzial dieses Produktionsverfahren für die Kosmetik-Zulieferindustrie bereithält, darüber hat CosmeticBusiness mit den 3D-Druck-Experten Rainer Gebhardt vom VDMA und Dr. Jens Günster, Werkstoff-Forscher im Auftrag der BAM, gesprochen.

    Die Unternehmensberatung McKinsey zählt den 3D-Druck neben dem Internet der Dinge oder der regenerativen Energiegewinnung zu den Top 12 der bahnbrechenden Technologien, die Leben, Industrie und Wirtschaft nachhaltig verändern werden. Das klingt nach einem revolutionären Produktionsverfahren. „Die Anfänge der Additiven Fertigungstechniken liegen dreißig Jahre zurück. Damals wurde damit begonnen, Produktionsmöglichkeiten mit Schichtbauverfahren für die Industrie zu entwickeln. Revolutionär beim 3D-Druck ist, dass der Formgebung im Vergleich zu subtraktiven Verfahren keinerlei Grenzen gesetzt sind. Der schichtweise Aufbau des Materials ermöglicht die Realisierung jeder Form“, sagt der 3D-Druck-Experte Rainer Gebhardt. Er ist Projektleiter der AG Additive Manufacturing beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA).

    Additive Verfahren wurden in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. So können mittlerweile nicht nur Werkstücke aus Metall, Textilfasern oder Holz „gedruckt“ werden, sondern sogar menschliches Gewebe. Damit machte beispielsweise das japanische Bio-Medical-Unternehmen Cyfuse kürzlich auf sich aufmerksam. Diese technologischen Fortschritte zeigen neue Fertigungsmöglichkeiten auf und versprechen auch der Kosmetik-Zulieferindustrie neue Perspektiven in Entwicklung und Produktion.

    So gab der Verpackungshersteller Multi Packaging Solutions (MPS) bekannt, in die 3D-Drucktechnologie zu investieren, um authentische Prototypen von Verpackungen herzustellen. Für das Unternehmen liegen die Vorteile seiner Investition auf der Hand: 3D-Druck ermöglicht die zeitsparende und kostengünstige Fertigung eines exakten Modells. So können mit wenig Kosten- und Zeitaufwand verschiedene Designalternativen getestet werden, wie MPS erklärt. Das Unternehmen kann sich vorstellen, bald authentische Prototypen von Glasflaschen, -flakons und -tiegeln zu fertigen.

    Objekte aus echtem Glas mittels 3D-Druck herzustellen, ist möglich, weiß Dr. rer. nat. Jens Günster, Universitätsprofessor und Forscher an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Allerdings können aus dem alleinigen Druckprozess keine gebrauchsfertigen, großvolumigen Glasflakons gefertigt werden. „Glas erhält seine stabilen Eigenschaften erst durch einen thermischen Verdichtungsprozess, der mit Additiven Verfahren allein nicht abgebildet werden kann. Bei der Additiven Fertigung von Glas wird mit feinen Partikeln in Form von Pulvern gearbeitet, die schichtweise mithilfe eines Bindemittels in eine dicht gepackte, aber instabile Partikelstruktur geformt werden. Erst durch einen anschließenden Brennprozess verschmelzen die Partikel miteinander und das Glas erhält seine Festigkeit und thermische Stabilität“, erklärt der Forscher. „Das ist ein aufwendiger Prozess, der nur mit Objekten bis zu einer gewissen Größe funktioniert. Ein Ready-to-Use Druckverfahren für Glasflaschen und -flakons gibt es daher noch nicht.“

    Auch wenn den Materialien bei der Generierung gebrauchsfertiger Objekt noch Grenzen gesetzt sind, ist die Technologie in der Entwicklung und Fertigung von funktionsfähigen Prototypen längst angekommen. Langwierige Testphasen und Musterproduktionen gehören damit der Vergangenheit an, weil die Funktionalität eines Produkts ohne viel Aufwand bereits in der Designphase praktisch geprüft werden kann. „Der große Vorteil der Additiven Verfahren liegt in der Beschleunigung von Innovationszyklen. Neuentwicklungen können schneller getestet und angepasst werden, somit sind sie auch schneller markttauglich“, betont Gebhardt. Dank der Technologie ist es nicht mehr nur den Big Playern vorbehalten, mit großen Innovationen schnell auf den Markt zu gehen. „Kleine Unternehmen und Startups im Bereich Entwicklung haben durch das Verfahren die Möglichkeit, ihre Innovationen authentisch und funktionstüchtig zu präsentieren. Damit erhöhen sie ihre Chancen, schnell Investoren für eine Serienproduktion zu finden“, erklärt der Experte vom VDMA.

    Die breite industrielle Anwendung von Additiven Verfahren kann die Effizienz von Produktionsprozessen deutlich steigern. Dass allerdings klassische subtraktive Verfahren durch additive Verfahren in der industriellen Produktion ersetzt werden könnten, bezweifelt Gebhardt. „Der 3D-Druck ist eindeutig ein ergänzendes Verfahren in der industriellen Fertigung. Gerade hinsichtlich der Massenproduktion sind der Technologie aktuell noch feste Grenzen gesetzt. Hierbei steht das Fertigungspotenzial von Additiven Verfahren in keinem Verhältnis zu den Möglichkeiten der bisher genutzten Prozesse. Dafür ist 3D-Druck noch nicht geeignet. Für die Generierung von Einzelstücken und Kleinserien hingegen schon.“

    Die Möglichkeit der kostengünstigen Einzelstückfertigung eröffnet beispielsweise Designern und Veredelungsspezialisten in der Verpackungsindustrie vielversprechende Möglichkeiten. So können nach Bedarf und individuellen Kundenwünschen kostengünstig einzigartige Schmuckelemente für Packmittel und Verschlüsse hergestellt werden. Der Formgebung und Detailgenauigkeit sind beim 3D-Druck keine Grenzen gesetzt.

    Trotz der Kosten- und Zeitersparnis in der Prototypen- und Einzelstückfertigung bedeutet der Einstieg in die 3D-Drucktechnologie für Unternehmen einen großen Kostenaufwand. Für den Experten Gebhardt lohnt sich eine Investition in eine eigene, qualitativ hochwertige Anlage nur für größere Unternehmen: „Die Anschaffung eines 3D-Druckers für die industrielle Fertigung ist teuer. Neben den Kosten für die Anschaffung sind vor allem Know-how und Fachpersonal für die industrielle Nutzung erforderlich. Kleinere Unternehmen sollten hier als Einsteiger eher auf einen professionellen Dienstleister setzen.“


    Quellen: VDMA, BAM, Multi Packaging Solutions, Cyfuse Biomedical, McKinsey Global Institute, Foto: fotolia/lucadp

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