5 disruptive Anwendungen des 3D-Drucks
Von Lieferketten und Medizin bis hin zu Fertigung und Bauwesen – eine Technologie wird voraussichtlich unser gesamtes Leben verändern: der 3D-Druck.
Der auch als additive Fertigung bekannte 3D-Druck könnte die globale Lieferkette revolutionieren und Ressourcenverschwendung sowie Engpässe beseitigen. Anstelle von Spezialfabriken, Transporten und Lagern für ungenutzte Bestände ermöglicht der 3D-Druck eine bedarfsgerechte Fertigung.
Bei einer breiten Einführung werden Teile digital wie Dateien in der Cloud transportiert, sodass Unternehmen diese Dateien herunterladen und in 3D ausdrucken können. In diesem Modell können Unternehmen das produzieren, was sie brauchen, wann sie es brauchen.
Dr. Tim Minshall, Professor für Innovation an der Universität Cambridge, sagt, dass der 3D-Druck eines der Schlüsselelemente der vierten industriellen Revolution ist. Und damit hat er Recht. Der Markt steht vor einem massiven Wachstum. Im Jahr 2019 wurde er auf 11,72 Milliarden US-Dollar geschätzt, und bis 2025 wird ein Wert von 46,19 Milliarden US-Dollar erwartet, was einem Wachstum von 25,68 % entspricht.
In diesem Artikel werden wir fünf disruptive Anwendungen dieser neuen Technologie untersuchen.
1. 3D-gedruckte lebende Organe
Mithilfe von 3D-Drucktechniken zum Aufbau von Kollagenstrukturen (dem Proteingerüst, das die Zellen zusammenhält) gelang es Forschern, eine hohle Organhülle herzustellen. Diese Hülle wird mit Stammzellen besiedelt und kann so in lebendes Gewebe umgewandelt werden, das für Transplantationen geeignet ist. Durch die Verwendung von Stammzellen, die vom Empfänger geklont wurden, werden die meisten Abstoßungsprobleme beseitigt. Dies erhöht die Lebensfähigkeit des Organs.
Derzeit können Nieren im 3D-Druck hergestellt werden. Auch Herzen befinden sich in der Entwicklung, müssen jedoch noch perfektioniert werden. In Zukunft könnte der Mangel an Organen der Vergangenheit angehören, da der 3D-Druck neue Möglichkeiten für lebensverlängernde Therapien eröffnet.
Was den aktuellen Fokus in diesem Sektor angeht, hat der 3D-Bioprinting den größten Knotengrad, wie in der folgenden Grafik dargestellt. Das bedeutet, dass es eines der führenden Forschungsthemen für akademische Einrichtungen ist, die sich mit dem Bereich Tissue Engineering befassen.
2. 3D-gedruckte Weltraumausrüstung
Raumfahrt ist nicht billig. Eine suborbitale Reise mit dem SpaceShipTwo von Virgin Galactic unddem New Shepard von Blue Originkostet zwischen 250.000 und 500.000 US-Dollar – und diese Preise sind noch relativ „erschwinglich“. Orbitalflüge sind teurer und kosten 50 Millionen US-Dollar oder mehr pro Sitzplatz.
Durch die Senkung der Prototypenkosten für teure, raumspezifische Werkzeuge und Maschinen werden die Gesamtkosten für die Raumfahrt sinken. Dadurch können auch kleinere Unternehmen in den Markt für Weltrauminnovationen einsteigen und zu dessen Entwicklung beitragen.
Bei der Analyse der wichtigsten Marktsektoren im Jahr 2022 stellen wir fest, dass der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich mit einem Wert von fast 4 Milliarden US-Dollar an zweiter Stelle steht. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse lässt sich mit Sicherheit sagen, dass Innovationen im Bereich des 3D-Drucks in der Raumfahrtindustrie immer mehr Verbreitung finden werden.
Apropos neue Innovationen: Das kalifornische Start-up-Unternehmen Relativity testet derzeit den 3D-Druck von Raketentriebwerken aus Aluminium. Es hat bereits die erste autonome Raketenfabrik für Satellitenstartdienste gebaut. Wenn das Projekt erfolgreich ist, wird diese Anwendung die Kosten und praktischen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Raumfahrt drastisch reduzieren und damit neue Geschäftsmöglichkeiten und ein enormes Wachstumspotenzial eröffnen.
Beginnend mit Raketen integriert die Stargate-Fabrik von Relativity Robotik, Software und patentierte 3D-Drucktechnologien vertikal, um die Fertigung zu digitalisieren. Der erste Start des Unternehmens ist für den Sommer 2022 geplant und wird das größte existierende 3D-gedruckte Objekt umfassen, das jemals einen Orbitalflug versucht hat.
Der 3D-Druck hat auch Auswirkungen auf die Kolonisierung des Weltraums. Bei der Planung von Missionen zum Mars steht die NASA vor der Herausforderung, Wohnraum für diejenigen zu schaffen, die dort leben werden. Um dieses Problem zu lösen, hat sie den „3D-Printed Habitat Challenge“ ins Leben gerufen. Diese mehrphasige Herausforderung wurde entwickelt, um nachhaltige Wohnraumlösungen zu schaffen.
3. 3D-gedruckte künstliche Riffe
Die Korallenriffe der Welt verschwinden aufgrund der globalen Erwärmung, der Umweltverschmutzung und der beschleunigten Urbanisierung in Küstengemeinden rapide und setzen die Meeresfauna und -flora extrem unter Druck. Dieser rasante Rückgang erhöht die Notwendigkeit, alternative Methoden zur Wiederherstellung der Riffe zu erforschen.
Um dem entgegenzuwirken, haben vier führende israelische Universitäten kürzlich eine Studie veröffentlicht, in der sie ein von ihnen entwickeltes 3D-Druckverfahren zum Schutz von Korallenriffen vorstellen. Der Wiederherstellungsprozess umfasst das Scannen von Fotos von Korallenriffen und die Einbindung von umweltgenetischen Informationen in einen 3D-Technologiealgorithmus. Auf dieser Grundlage wird ein neues Keramikriff in 3D gedruckt, das unter Wasser natürlich porös ist. Diese künstlichen Riffe sollen Fische und Wirbellose anziehen und so das Nachwachsen natürlicher Korallenriffe unterstützen.
In Bath, North Carolina, wurden ebenfalls 3D-gedruckte Korallenriffe eingesetzt; 100 Betonwürfel des künstlichen Riffs wurden ins Wasser gesenkt. Diese Würfel wurden im 3D-Druckverfahren hergestellt und gehören zu den ersten ihrer Art. Bislang wurden für künstliche Riffe „gelegentlich verfügbare Materialien” verwendet, darunter Schiffe, Eisenbahnwaggons oder Abbruchbeton.
4. 3D-gedruckte Mode
Auch die Modebranche nutzt den 3D-Druck. Im April 2017 brachte Adidas in Zusammenarbeit mit dem Start-up Carbon einen Laufschuh mit einer 3D-gedruckten Sohle auf den Markt. Mit herkömmlichen Techniken wäre diese Zwischensohle nicht herstellbar gewesen. Nun experimentieren auch Nike und New Balance mit 3D-gedruckten Prototypen.
Dr. Scholl ist eine weitere Schuhmarke, die den 3D-Druck nutzt, allerdings für die Massenanpassung von Schuheinlagen. In Zusammenarbeit mit Wiivv, einem 3D-Druckunternehmen, verwendet Dr. Scholl eine App, um die Füße der Kunden zu scannen. Diese Scans werden dann zusammen mit Kartierungstechnologie verwendet, um maßgeschneiderte Einlagen für den Einzelnen herzustellen.
Über den Bereich Schuhwerk hinaus halten 3D-Drucktechnologien auch Einzug in die Bekleidungsindustrie – insbesondere in die Haute Couture. Sie ermöglichen es Designern, über die traditionellen Grenzen hinauszugehen und die Größen und Rundungen an verschiedene Körpertypen anzupassen. In diesem Jahr kamen neue Techniken auf, darunter der 3D-Druck auf Textilien – ein Durchbruch in der Branche, da dabei Textilmaterialien mit digital erstellten 3D-Druckmaterialien kombiniert werden.
Im Jahr 2021 wurden Rekord-VC-Investitionen in den Bereichen 3D-Druck und Mode getätigt, wobei 30 Transaktionen insgesamt 1,2 Milliarden US-Dollar einbrachten. Wie die obige Grafik zeigt, ist der 3D-Druck in der Mode zwar noch nicht Mainstream, aber der Trend nimmt zu. Experten sagen voraus, dass er sich in Zukunft weiter ausbreiten wird.
5. 3D-gedruckte Lebensmittel
Obwohl der 3D-Druck viele Branchen erfasst hat, stecken Lebensmittel-Druckgeräte noch in den Kinderschuhen. In den letzten zehn Jahren hat die Forschung die Grenzen des Möglichen erweitert und es der Lebensmittelbranche ermöglicht, 3D-Lebensmittel mit komplexen Geometrien, individuellen Texturen und maßgeschneiderten Nährstoffgehalten herzustellen.
Mit einem Wert von etwa 148,22 Millionen US-Dollar im Jahr 2020 wird der weltweite Markt für 3D-gedruckte Lebensmittel bis 2026 voraussichtlich einen Wert von 620,66 Millionen US-Dollar erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 26,95 % entspricht.
3D-gedruckte Lebensmittel haben noch einen langen Weg vor sich, bevor sie sich flächendeckend durchsetzen werden. Die bisherigen Anwendungen sind jedoch beeindruckend. Von tierfreundlichem, umweltfreundlichem Fleisch über Weltraumnahrung und biometrisch gedrucktem Sushi bis hin zu Lebensmitteln für Menschen mit Kauproblemen – es steht außer Frage: 3D-gedruckte Lebensmittel sind bahnbrechend.
3D-Druck: Das Unmögliche möglich machen
Der 3D-Druck verändert unser Leben, wie wir es kennen, und macht das „Unmögliche“ möglich. Obwohl das wahre Potenzial dieser Spitzentechnologie noch unbekannt ist, ist eines sicher: Ein exponentielles Wachstum steht bevor.
Über den Autor
Kate White ist Customer Advocacy Manager bei PatSnap. Sie verbringt ihre Tage damit, sich über PatSnap-Kunden zu informieren und für sie zu werben, indem sie ihre bahnbrechenden Innovationen hervorhebt. Kate hat einen Bachelor-Abschluss in Medizinwissenschaften und Psychologie von der Western University. In ihrer Freizeit malt sie gerne und ist gerne mit ihrem Siberian Husky draußen unterwegs.
