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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Informationen zur Untersuchung

Additive Fertigungsverfahren (3-D-Druck)

Themenbereich: Technik, Gesellschaft, Innovation
Analyseansatz: Innovationsreport
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 2014 bis 2017

Gegenstand und Ziel der Untersuchung

Bei der additiven Fertigung bzw. beim »3-D-Druck«, wie die Verfahren in der Umgangssprache häufig bezeichnet werden, entsteht das gewünschte Bauteil auf der Grundlage eines digitalen 3-D-Modells durch sukzessives schichtweises Auftragen des Ausgangsmaterials. Dies erlaubt die Herstellung geometrisch hochkomplexer Erzeugnisse, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar wären.

In der Industrie werden additive Fertigungsverfahren bereits seit über 25 Jahren für die Herstellung von Prototypen und hochspezialisierten Werkzeugen oder Gussformen eingesetzt. Der technische Fortschritt erlaubt seit rund zehn Jahren zunehmend auch die additive Fertigung hochwertiger Endprodukte, was die industriellen Einsatzmöglichkeiten enorm erweitert und neue Optionen für eine kundenindividuelle Serienproduktion eröffnet. Parallel dazu setzte die Entwicklung von technisch einfachen, dafür aber auch für Privatpersonen erschwinglichen 3-D-Druckern ein, die immer größere Popularität auch bei weniger technikaffinen Nutzern finden.

Additive Fertigungsverfahren bzw. 3-D-Drucker üben in Öffentlichkeit und Medien eine besondere Faszination aus, nähren sie doch insgesamt die Utopie einer universellen Maschine, mit der jeder nach Belieben materielle Objekte herstellen kann. Dementsprechend vielfältig und oft stark überzogen sind die Vorstellungen über Leistungsvermögen, Anwendungspotenziale und Auswirkungen der additiven Fertigung. Das vordringliche Ziel des TAB-Projekts war daher, anhand einer systematischen und wissenschaftlich fundierten Darstellung und Bewertung der Entwicklungen in diesem Feld eine Orientierung zu bieten, um einerseits eine realistische Einschätzung der Potenziale zu liefern und Wege aufzuzeigen, wie sie gegebenenfalls besser genutzt werden könnten, und um andererseits einen differenzierten Blick auf mögliche gesellschaftliche Auswirkungen dieser Technologie zu erlauben.

Zentrale Ergebnisse

Die Anwendungspotenziale für additive Fertigungsverfahren zur Herstellung von Endprodukten sind sehr vielfältig und betreffen so diverse Branchen wie Maschinen- und Anlagenbau, Automatisierungstechnik, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Elektronik, Medizin, Architektur und Bauwesen, Kunst, Design, Bekleidung und Sportartikel, Spielwaren, Nahrungsmittel und nicht zuletzt auch Militär- und Rüstungstechnik. In Deutschland, aber auch weltweit steht die Erschließung der Anwendungspotenziale in den allermeisten Branchen allerdings noch ganz am Anfang. Derzeit existiert lediglich eine Handvoll Vorreiterbranchen, in denen additive Produkte bereits einen relevanten Marktanteil erobert haben (u. a. Dental- und Hörgerätetechnik). Ein starker Bedeutungszuwachs der additiven Fertigung wird künftig unter anderem für die Branchen Luft- und Raumfahrttechnik (wo es um die Herstellung geometrisch komplexer Leichtbauteile geht) sowie Medizintechnik (wo die Herstellung individueller Implantate im Fokus steht) erwartet.

Für den Routineeinsatz additiver Fertigungsverfahren in der industriellen Produktion bestehen derzeit noch diverse technische Herausforderungen, insbesondere für größere Serien. Die noch niedrigen Aufbauraten schränken die Nutzungsmöglichkeiten vor allem bei größeren Bauteilen stark ein. Von Nachteil sind auch die heute noch überwiegend manuell vorzunehmenden vor- und nachgelagerten Produktionsschritte. Schließlich bestehen noch erhebliche Wissenslücken hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile, was aufwendige Qualitätskontrollen nötig macht. Die Potenziale werden daher heute insbesondere bei hochspezialisierten Anwendungen in der Einzel- und Kleinserienfertigung gesehen.

Deutschlands Stärke im internationalen Vergleich liegt bei der Entwicklung bzw. Herstellung von Verfahren, Materialien und Anlagen für die additive Fertigung, insbesondere im Metallbereich. In deutlicher Diskrepanz dazu lässt sich eine augenfällige Schwäche auf der Anwenderseite konstatieren, vor allem im Vergleich mit den USA. Dadurch könnten aufkommende, unter Umständen disruptive Anwendungspotenziale der additiven Fertigung hierzulande zu spät erkannt und erschlossen werden. Die Verbreiterung der industriellen Anwenderbasis in Deutschland ist daher eine zentrale Herausforderung der kommenden Jahre.

Ein wichtiger Schlüssel hierzu liegt in der Überwindung nichttechnischer Barrieren, die oft und insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) die Einführung von additiven Fertigungsverfahren erschweren. Weil Branchen- und Technologiestandards erst noch geschaffen werden müssen, fehlen oftmals entscheidungsrelevante Informationen. In Verbindung mit der Vielfalt an Verfahren haben viele KMU Schwierigkeiten bei der Identifikation von Anwendungspotenzialen, neuen Geschäftsmodellen und der passenden Einstiegstechnologie. Hinzu treten Herausforderungen bei der Erschließung des technischen Know-hows, weil die erforderlichen Kompetenzen und Qualifikationen vielfach nicht in ausreichendem Maß vorhanden sind.

Mögliche Folgen und Risiken der additiven Fertigung sind bisher kaum wissenschaftlich untersucht worden. Dabei werden bei einem flächendeckenden Einsatz in der industriellen Produktion (und ggf. im Privatbereich) durchaus vielfältige und je nach Branche erhebliche wirtschaftliche und gesellschaftliche Auswirkungen vermutet: Die werkzeuglose und weitgehend virtuelle additive Fertigung könnte in den betroffenen Märkten zu Veränderungen in den bestehenden Produktions-, Wertschöpfungs- und Logistikstrukturen führen. Neue Akteure (z. B. Start-up-Unternehmen, technologisch bisher weniger fortschrittliche Länder) könnten vom vergleichsweise niedrigschwelligen Einstieg in die additive Fertigung profitieren, dadurch Umwälzungen in der Akteurslandschaft auslösen und Produktionsverlagerungen bewirken. Wie bei jedem technologischen Fortschritt, der zu Effizienzverbesserungen in der Produktion führt, ist auch bei der additiven Fertigung mit Auswirkungen auf die Art und Anzahl der Beschäftigten zu rechnen. Um das Innovationsgeschehen optimal mit den gesellschaftlichen Bedarfen zu verzahnen, sollte daher die wirtschafts-und sozialwissenschaftliche (Begleit-)Forschung zur additiven Fertigung energisch vorangetrieben werden.

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