3-D-Druck:Revolution ohne Anleitung

3-D-Drucker Voxeljet

Drucken in drei Dimensionen: Vor allem Mittelständler verzweifeln an der Technologie, weil es an passenden Lehrgängen mangelt.

(Foto: Voxeljet)
  • Die 3-D-Druck-Industrie expandiert, gerade in der Medizinbranche und Autoindustrie wird immer mehr gedruckt.
  • Bisher mussten sich die Angestellten das Wissen jedoch selbst aneignen, da es deutschlandweit keine Ausbildungen gibt.
  • Für gewährleistete Qualität im Druck braucht es mehr Expertise, auch an den Hochschulen.

Von Martin Scheele

Ein Surren, ein leiser Schlag. Der Kopf des 3-D-Druckers bewegt sich von links nach rechts, von vorne nach hinten und wieder zurück. Die mannshohe Maschine steht im Halbdunkeln einer Werkhalle in Lennestadt im Sauerland. Sie presst verflüssigten Kunststoff aus einer Düse. Schicht für Schicht entsteht so ein neuer Gegenstand. In diesem Fall ist es ein Greifarm, der rohen Fisch von einem Laufband heben und in Verpackungen legen kann.

Michael Hümmeler produziert die Zukunft. Der 47-Jährige Inhaber der Firma LMD stellt Objekte wie den Greifarm im 3-D-Druckverfahren her. Als er vor 14 Jahren den ersten 3-D-Drucker kaufte, konnten viele in Deutschland nichts mit dem Begriff anfangen. Heute stehen sieben Maschinen in seinen Hallen. Und das Produktionsverfahren, das es für Metall- und Kunststoffteile gibt, hat enorme Fortschritte gemacht. Es vergeht keine Woche, in der die 3-D-Industrie nicht irgendwo auf der Welt von sich reden macht.

Neben der Luft- und Raumfahrt sowie der Autoindustrie ist vor allem die Medizintechnikbranche ein starker Treiber: Hüftgelenke, Schuhsohlen und Zahnimplantate werden per 3-D-Druck gefertigt. Schon heute werden mehr als zehn Millionen Zahnkronen und Brücken pro Jahr gedruckt. Nach einer Umfrage des Digitalverbands Bitkom geht fast die Hälfte der Ärzte davon aus, dass im Jahr 2030 Implantate und Prothesen nur noch mittels 3-D-Druck hergestellt werden.

Sogar der Vatikan profitiert von der sogenannten additiven Fertigung: Die Schweizer Garde, der 110 Mann starke Wachdienst des Papstes, hat gerade eine neue Kopfbedeckung bekommen - einen Helm aus dem 3-D-Drucker. Die Zahl der verkauften Anlagen für Metall-3-D-Druck hat sich binnen Jahresfrist weltweit fast verdoppelt - von 983 Geräten in 2016 auf 1768 im vergangenen Jahr.

Also alles bestens im 3-D-Druck-Land? Unternehmer Hümmeler schüttelt den Kopf. Der Maschinenbaumeister und Chef von 25 Mitarbeitern spricht über die Tücken der Technologie. In dem am häufigsten angewandten 3-D-Druckverfahren wandert ein Laser über ein Pulverbett und verschmilzt es an den zu formenden Stellen zu einer festen Schicht. "Hohlräume, Kanäle, komplexe Geometrien, frei variierende Wanddicken - alles ist möglich", sagt er. "Doch der Fertigungsprozess ist alles andere als banal. Selbst 500 000 Euro teure Anlagen führen ein Eigenleben." Selbst bei zwei baugleichen Maschinen variierten Laserfokus, Laserleistung und Einstellung: "Wir bekommen aus zwei gleichen Anlagen mit den gleichen Parametern und dem gleichen Datensatz nicht zwei exakt gleiche Teile mit den gleichen technischen Eigenschaften heraus."

Erste Ausbildung in 3-D-Druck ab Herbst

Hümmeler und seinen Kollegen hilft dabei nur die gesammelte Erfahrung. So haben sie sich seit Jahren durchgehangelt. Ihr gewonnenes Wissen findet sich bisher nicht in Ausbildungs- und Studiengängen. Auch Mitte 2018 gibt es noch keine gewerbliche Ausbildung, die auf die 3-D-Technologie zielt. Viele Universitäten und Fachhochschulen haben zwar einzelne Themen der additiven Fertigung in ihre Studiengänge implementiert, das Ganze gleicht aber einem Flickenteppich.

"Die Entwicklung hängt an einzelnen Personen", sagt Professor Claus Emmelmann, der seit 17 Jahren an der Technischen Universität Hamburg zum 3-D-Druck und der industriellen Umsetzung forscht und als Koryphäe auf dem Gebiet gilt. "Wenn Firmen ihre Mitarbeiter zu diesem Thema weiterbilden wollen, dann finden sie eine ganze Reihe unterschiedlicher Angebote auf dem Markt", sagt Emmelmann.

Eins dieser Weiterbildungsinstitute ist das ehemalige Laser-Zentrum Nord, das der Professor mit aufgebaut hat und das heute zur Fraunhofer-Gesellschaft gehört. Mittlerweile haben dort mehr als 2000 Angestellte aus den unterschiedlichsten Unternehmensbereichen Kurzlehrgänge absolviert, die in Kürze akkreditiert werden sollen. Auf dem Stundenplan stehen: Design, Produktauswahl, Prozessoptimierung, Zertifizierung, Fabrikplanung, Management und Softwareanwendung entlang der gesamten Prozesskette. "Bei den Firmen wächst das Bewusstsein dafür, Produkte zu identifizieren, die sich durch 3-D-Druck kostengünstiger herstellen lassen", sagt Emmelmann.

Umtriebig auf dem Gebiet der Ausbildungsförderung ist auch das Kunststoffzentrum SKZ in Würzburg. Bereichsleiter Georg Schwalme hat gerade gemeinsam mit der Industrie- und Handelskammer der Stadt eine siebenmonatige Ausbildung zum Techniker im 3-D-Druckverfahren initiiert. Der Lehrgang, der erstmals in diesem Herbst angeboten wird, hat Modellcharakter und ist bislang einzigartig Deutschland. "Die Ausbildung richtet sich an Angestellte, etwa Facharbeiter", sagt Schwalme. Sein SKZ bietet darüber hinaus viele Lehrgänge an, die jeweils ein paar Tage dauern und in denen man lernt, mit den Maschinen umzugehen.

Nicht jedes Produkt ist druckbar

An der Universität Duisburg-Essen forscht Professor Gerd Witt seit 20 Jahren auf dem Gebiet der additiven Fertigung. An seiner Hochschule findet das Thema auch Eingang ins Studium. Die beiden Lehrveranstaltungen "Additive Fertigung" und "Moderne Produktionssysteme" werden von etwa 200 Studierenden besucht. Um eine berufsbegleitende Weiterbildung zum "Anwendungstechniker (FH) für Additive Verfahren/Rapid-Technologien" anbieten zu können, hat sich die Hochschule Schmalkalden mit dem Institut für werkzeuglose Fertigung der Hochschule Aachen und dem Lehrstuhl für Fertigungstechnik der Universität Duisburg-Essen zusammengetan.

"Es mangelt heute aber immer noch an Ausbildungsangeboten für Fachkräfte", sagt Ingenieurwissenschaftler Witt und weist in diesem Zusammenhang auch auf den Trend der zunehmenden Serienfertigung hin, für die eine fundierte Ausbildung eine wichtige Voraussetzung ist. "Wenn eine Serienfertigung gefordert ist, so wie sie schon heute etwa im Hörgeräteakustikbereich vorkommt, ist auch eine fundierte Ausbildung vonnöten. Denn nur das kann die Qualität sichern."

Zurück an die Technische Universität Hamburg und zu Claus Emmelmann. Der Professor verantwortet in der Hansestadt auch die Berufsschullehrerausbildung im Metallbereich. Er hat die Initiative ergriffen und schickt von ihm ausgebildete Lehrer und Studenten in die Berufsschulen. Dort bringen sie den Schülern die Grundlagen der 3-D-Drucktechnik bei. Doch das Engagement von Emmelmann stößt an Grenzen. "Einen eigenen Ausbildungsgang zu kreieren, gibt die Marktnachfrage noch nicht her." Er hält es für sinnvoll, die Materie in andere Ausbildungsgänge zu integrieren. Aktuell werde hierzu ein Ansatz beim Hafenlogistiker HHLA entwickelt, der eine Einbindung in die Metallausbildung realisiert hat.

Unternehmer Michael Hümmeler in Lennestadt ist mit der Entwicklung nicht zufrieden. Er hat beobachtet, dass in den meisten Hochschulen nur einfache 3-D-Drucker stehen, die den aktuellen Stand der Industrie nicht repräsentieren. "Die Kunst ist es, herauszufinden, welche Produkte sich für das 3-D-Druckverfahren lohnen", sagt er. "Auch dazu ist noch zu wenig Expertise in den Hochschulen vorhanden." Hümmeler muss also weiterhin Mitarbeiter finden, die bereit sind, sich in die Materie einzuarbeiten. Und die sich von ihm schulen lassen, damit sie die hochkomplexen Maschinen bedienen können.

Zur SZ-Startseite

Lesen Sie mehr zum Thema