Vom Unterricht des CAS Disruptive Technologies mit Phil Binkert berichtet Ingo Sievers.

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Phil(ipp) Binkert, ein US-amerikanischer Architekturstudent, hat 2009 mit Christiane Fimpel in einem Kellerraum als „3D-Freak“ gestartet und sich einen Namen in der Schweizer Szene gemacht (siehe Auftritt bei Aschbecher TV). Heute berät Phil mit seiner 3D-Model AG Kunden im 3D-Modelling „end-to-end“.

3D-Druck ist nur ein Teil des 3D-Models – nebst dem Druck(er) gehören Scanning, Software und Consulting dazu.


Was können 3D-Drucker heute?

3D-Druck hat eine neue Ära in der Produktion eingeleitet, beispielsweise in folgenden Industrien (Anwendungsbereiche):

  • Architektur: Modellbau von Fassaden, Gebäuden oder ganzen Quartieren. Phil erläutert eblog3indrücklich, wie er auf der Basis von 3D-Daten eines Architekten innert weniger Stunden ein
    vollständiges 3D-Modell erstellte – etwas, das früher Wochen an Detailarbeit bedeutete. Business Impact >> Geschwindigkeit, Kostenreduktion, Flexibilität
  • Bau: 3D-Druck ist nicht mehr nur auf Modelldruck limitiert. Heute können – entsprechend grosse Drucker vorausgesetzt – Objekte wie ganze Häuser gedruckt werden. Phil erzählt, dass ein chinesisches Unternehmen Beton-Rohbauten von Häusern erstellt – 10 Häuser pro Woche. Business Impact >> Geschwindigkeit, Kostenreduktion
  • Mode | Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Modeindustrie. Die Haute Couture-Designerin Iris van Herpen entwirft beispielsweise ihre Kleider am Computer und drucken diese anschliessend in 3D. Noch seienblog4 diese etwas „steif“, aber die Entwicklung stehe erst ganz am Anfang, sagt Phil. Künftig können Kunden beispielsweise am PC ihre Kleider entwerfen lassen, verschiede Variante begutachten und dann drucken lassen und mitnehmen – Haute Couture innert Minuten. Ein weiteres Beispiel ist der individualisierte Druck von Brillen, Modeschmuck oder Schuhe, wie es beispielsweise United Nude anbietet. Business Impact >> Individualität
  • Automobilindustrie | Concept Cars werden zunehmend im 3D-Druckverfahren hergestellt, was den Prototyping-Prozess revolutioniert. Auch die Formel 1 experimentiert mit dieser Technologie: Neue Flügeldesigns etc. werden angepasst und „on-the-fly“ im Windkanal und auf der Strecke getestet. Ein Prozess, der früher ebenfalls Wochen in Anspruch nahm, ist auf wenige Stunden reduziert worden. Künftig werden Autokäufer ihre Fahrzeuge noch einfacher individualisieren können. Business Impact >> Individualität, Agilität
  • Medizin | Hier erläutert Phil die bekannteren Anwendungsbeispiele wie der Druck von Prothesen oder Knochen. Das Potenzial in der Medizin ist enorm, da (bislang noch weniger komplexe) und auf den Patienten angepasste Körperteile hergestellt werden können – die persönliche Ersatzteilfabrik wird Realität. Zahnprothesen werden heute entlang der gesamten Prozesskette vom Scanning, Modelling bis hin um Druck hergestellt – Industrie 4.0 in Reinkultur. Business Impact >> Qualitätsverbesserung, Geschwindigkeit

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  • Raum- und Luftfahrttechnik | Modelldrucker in der Raumfahrtindustrie – hier angeboten von Statups. 3D-Technologie disrumpiert in diesen Fällen die „Big Players“ der Raum- und Luftfahrtindustrie wie die App-Entwickler die Software-Giganten . Business Impact >> Innovation, Kostenreduktion
  • Militär | Ersatzteilverfügbarkeit dank 3D-Druck (Army’s Rapid Equipment Force (REF)). Anwendungen ausserhalb des Militärs sind ebenfalls möglich – so experimentiert beispielsweise BMW mit dem Ersatzteildruck für Autos, gerade bei selten benötigten Ersatzteilen oder solche für alte Fahrzeuge interessant. Aufwändige Lagerhaltung und Logistik entfällt. Business Impact >> Kriegsführung 4.0?
  • Waffen | Fragwürdiges Anwendungsbeispiel ist jenes von Cody Wilson, der die 3D-Daten für die Produktion von Schusswaffen ins Internet gestellt hat, so dass praktisch jede Privatperson mit einem 3D-Drucker seinen eigenen Revolver drucken kann. Allerdings ist das Kosten-/Nutzenverhältnis ungünstig – es ist günstiger, sich eine echte Waffe auf dem Schwarzmarkt zu beschaffen. Business Impact >> Wohl weniger…
  • blog8Schlüssel | Die Firma KeyMe hat ihr Business Model auf 3D-Durck aufgebaut und bietet Ersatzschlüssel innert 60 Minuten – bequem bestellt per App. Business Impact >> Innovation, Geschwindigkeit
  • Nano 3D-Printing |  Heute bereits möglich – Druck von Objekten in der Grösse eines Sandkorns mit unzähligen, neuen Anwendungsbereichen. Business Impact >> Innovation

Wie funktionieren 3D-Drucker?

Der 3D-Druck ist ein generatives Fertigungsverfahren, nach dem Aufbauprinzip als additive Fertigung bezeichnet, es  werden also dreidimensionale Werkstücke schichtweise aufgebaut. Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Massen und Formen (CAD). Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle (Wikipedia, 2016).

  • blog7Fused Deposition Modelling (FDM) bezeichnet ein Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Rapid Prototyping, mit dem ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut wird. Maschinen für das FDM gehören zur Maschinenklasse der 3D-Drucker.
  • blog9ColorJet 3D-Drucksysteme (CJD) erstellen Farbmodelle mit hoher Auflösung – schnell und kostengünstig. Dieses Druckverfahren nutzt die standardmässige Tintenstrahl-Drucktechnologie zum Erstellen der Teile Schicht für Schicht, indem ein flüssiges Bindemittel auf dünne Schichten mit Pulver gegeben wird.
  • blog10Stereo-Lithographie (SLA) ist ein technisches Prinzip des Rapid Prototyping oder Manufacturing, bei dem ein Werkstück durch frei im Raum materialisierende Punkte schichtenweise aufgebaut wird. Die Fertigung eines Teils oder mehrerer Teile gleichzeitig erfolgt üblicherweise vollautomatisch aus am Computer erstellten CAD-Daten.
  • Selektives Lasersintern (SLS) ist ein generatives Fertigblog11ungsverfahren, um räumliche Strukturen durch Sintern mit einem Laser aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff herzustellen.


Was können 3D-Drucker morgen?

blog12Gartner weiss wieder wie’s läuft (Gartner 3D Printing Hype Cycle). Während 3D-Printing im Prototyping und in der Produktion bereits zur Normalität gehören, stehen Anwendungsbereiche wie Bioprinting noch am Anfang der Entwicklung.

3D-Printing ist „big business“ – ein Weltmarkt der gemäss den Prognosen von Gartner von heute USD 5m auf USD 20m bis 2023 wachsen soll. Dabei liegen die grössten Potenziale im Consumer- und Bildungsbereich, Medizin und Dentaltechnik und in der Luftfahrttechnik.

Die Anwendungsfelder sind vielseitig und 3D-Printing wird in Zukunft zahlreiche Industrien, von der Automobilindustrie bis zum Gesundheitswesen, sowie die gesamte Value Chain von der Planung, Produktion bis hin zur Lieferung nachhaltig verändern. Einige innovative Praxisbeispiele:

  • Personalisierung & Individualisierung | Seinen individuellen Schuh online entwrefen und 3D-Druck geliefert bekommen von GourmetKicks Creator.
  • Download im Web | Der „iThings Store“ angelehnt an den iTunes Store, in dem ich meine Möbel, Haushaltsartikel, Schmuck oder Autoteile in 3D konfigurieren und bestellen kann.
  • 3D Inhalt zum Drucken | Unzählige Anwendungsbeispiele von Nooka bis zu MakerBot.
  • Transportwege | Und was transportiert die Post, wenn wir „es“ selber zu Hause drucken?
  • Neue Ausbildungen | Die Eidgenössische 3D Hochschule – mit gedruckten Professoren?
  • 3D Drucker in jeder Küche | Technisch möglich, aber das wollen wir nicht wirklich, oder?
  • Industrie heute und morgen | Vom Fliessband zum 3D-Roboterpark mit 3D Systems.

Und zum Abschluss ein visionäres Video über die Zukunft von 3D-Printing. Gemäss Phil stehen wir heute noch im analogen 3D-Zeitalter – wir erzählen den Maschinen, was zu tun ist. Bereits heute arbeite man an programmierbaren Materialien und wer weiss, vielleicht liegt Dieter Woschitz also genauso falsch, wie einst Ken Olson…

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Ob wir in nicht allzu ferner Zukunft womöglich alle einen Replikator zu Hause haben und unser Mistratzerli mit Pommes und Bier selber replizieren?

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Exkurs zur 3D-MODEL AG

Und nun noch „hands-on“ 3D Scanning und 3D Printing in der Praxis bei 3D-Model AG – der Abschluss eines interessanten Samstag mit der Frage, was in Zukunft wohl noch alles möglich sein wird.

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