Alex & Verne hat mit Antonius Köster ein langes Gespräch über die Möglichkeiten des 3-D-Drucks geführt, das die Chancen und Herausforderungen für Handwerk und Industrie aufzeigt. Im Mittelpunkt des ersten Teil des Interviews steht der Mehrwert additiver Technologien und die Potenziale, die in der Automatisierung der vorgelagerten Wertschöpfung liegen.

Antonius Köster

Seit 25 Jahren ist der gelernte Modellbauermeister Antonius Köster mit seinem Unternehmen als Entwickler, Produzent sowie beratend mit der additiven Technologie unterwegs.

Sinn und Stärke additiver Technologien

Wann macht es Sinn, additive Technologien einzusetzen?

Erst einmal muss man sich darüber klar sein, warum und wie man die Technologie anwenden möchte. Die Individualisierung von Produkten, das ist ja eigentlich das, wofür 3-D-Druck steht und was für mich wichtig ist. Wenn z. B. Bauteile so komplex sind, dass sie mit herkömmlichen Mitteln bzw. klassisch nicht herstellbar sind, oder wenn die Bauteile so weit individualisiert sind, dass sich eine Serienform oder eine Vorrichtung nicht lohnen würde, dann macht die additive Fertigung Sinn.

Scannen als Grundlage der Vermessung und Generierung von Daten für den 3-D-Druck

Welche Stärken additiver Technologien kann und sollten Unternehmen heute nutzen?

Wir haben mit dem 3-D-Druck ein Werkzeug, mit dem wir sehr schnell eine Idee in Form bringen, testen und begreifbar machen können. Etwas, was im Prototyping in der Automobilindustrie heute schon Stand der Technik ist, was aber auch in anderen Industrien Anwendung finden sollte. Hier sehe ich ein riesiges Potenzial, dass von vielen Unternehmen, unabhängig von ihrer Größe, realisiert werden sollte.

Die Frage lautet: Könnte es möglich sein, mit 3-D-Druck die Effizienz zu steigern und oder ein technisches Problem zu lösen? 3-D-Druck ist ja nicht einfach „eine“ Technologie, sondern besteht aus einer Vielzahl von Verfahren, multipliziert mit einer Vielzahl von Werkstoffen, also mit einer entsprechend großen Zahl an Optionen in Bezug auf Design, Funktion und Fertigung. Und natürlich erfüllt der im 3-D-Druck gefertigte Prototyp nicht unbedingt alle Anforderungen, um in die Serienproduktion gehen zu können. Aber ich kann den Prototyp beim Kunden testen, ein erstes Feedback einholen, schauen, ob die Proportionen korrekt sind – oder allgemeiner formuliert: eine Idee verwerfen, eine neue ausprobieren oder sie sukzessiv optimieren. Und manchmal ist schon eine 50%-Lösung besser und macht sich schnell bezahlt, wenn man es auch schnell angeht.

Die andere Wertschöpfung sehe ich darin, dass es Menschen gibt, die zwar eine Idee für ein Produkt haben, aber noch kein abgeschlossenes Lastenheft dazu besitzen. Das heißt, sie wissen noch nicht genau, was das Produkt alles können soll oder muss. Da bietet 3-D-Druck ein kostengünstiges Verfahren sich der Idee zu nähern.

Varianten eines Bauteils für einen Drehmomentschrauber

 

Die Angst zu scheitern ist durch den 3-D-Druck also nicht mehr so groß, oder?

Richtig. Es besteht ja die Möglichkeit, Erkenntnisse reifen zu lassen und dann mal eine zweite Version zu drucken. Das kann ja mit dem 3-D-Druckverfahren viel schneller realisiert werden als früher, wo ich z. B. ein Spritzgusswerkzeug herstellen und womöglich eine fünfstellige Summe in die Hand nehmen musste, um ein erstes Teil herzustellen. Damals hatte man dann auch entsprechend Angst zu scheitern. Und es wurde eine vielleicht gute Idee nicht weiterverfolgt, weil die erste Hürde zu groß gewesen ist.

Standardtechnologie

Wie weit ist der 3-D-Druck schon auf dem Weg, eine Standardtechnologie zu werden? Wo würden Sie ihn im Hype Cycle einordnen?

Meiner Meinung nach wurde der Hype Cycle für Investoren gemacht und eben nicht für Leute, die Antworten auf technologische Fragen suchen. In einigen Gebieten ist der 3-D-Druck ja schon eine etablierte Technologie, wie in der Automobilbranche oder in der Produktentwicklung für die Konsumgüterbranche. Hier ist es schon üblich, den 3-D-Druck für das Prototyping zu verwenden, für das Marketing oder Designfreigaben zu nutzen. Und darüber hinaus gibt es auch 3-D-Drucktechniken, die durchaus etabliert sind.

 

Planung und Herstellung von individuellen medizinischen Versorgungen

Wo zum Beispiel?

Ganz stark in der Medizin bzw. bei medizinischen Anwendungen. So werden etwa für die OP-Planung Anschauungsmodelle gedruckt oder über die 3-D-Drucktechnologie OP-Versorgungen hergestellt, indem z. B. mit Lasersintern Bohr- und Sägeschablonen gefertigt werden, um den Sitz der Implantate zu präparieren. Hier sehe ich auch noch ein großes Potenzial in Bezug auf die Werkstoffe, wie z. B. bei PEEK als biokompatiblem Hochleistungswerkstoff, und natürlich bei der Herstellungstechnik. Additive Fertigung von Titanimplantaten ist bereits Stand der Technik.

Damit spielt die Resorption von Materialien auch eine große Rolle?

Absolut. Die neuen Technologien ermöglichen in der Medizintechnik nicht nur, ein Implantat zu fertigen, sondern auch ein Implantat aus resorbierbaren Werkstoffen, wie z. B. für die Traumabehandlung, anzufertigen. Wenn heute eine Titanplatte für die Versorgung eines Knochenbruchs eingesetzt wird, dann muss diese Platte auch wieder entfernt werden. Es handelt sich ja um einen Fremdkörper. Wenn ich jetzt Werkstoffe einsetzen kann, die nach und nach abgebaut oder in die Knochenstruktur integriert werden, dann kann man dem Patienten die zweite Operation und die damit vorhandenen Risiken ersparen.

Design von individuellen Implantaten  für Patienten (Titan 3-D-Druck)

 

Automatisierung

Es gibt die eine oder andere Aussage zum 3-D-Druck, wonach wir das Potenzial noch gar nicht richtig ausnutzen, da die vorgelagerten Prozesse noch nicht automatisiert wurden. Wo stehen wir da heute?

Die Automatisierung der vorgelagerten Prozesse oder die Idee der Pop-up-Fabriken funktioniert ja heute erst teilweise. Wir brauchen, um einen 3-D-Drucker zum Laufen zu bringen, eine 3-D-Datei. Und der Weg dorthin muss extrem beschleunigt werden. Es ist nicht einfach damit getan, etwas einzuscannen. Wir kopieren nicht einfach ein Objekt. Wenn wir von Automatisierung sprechen, dann müssen wir eigentlich alles, was beim 3-D-Druck abzuwägen ist, vorab wissen.

Warum ist die Generierung der 3-D-Daten so komplex, aber auch so wichtig. Und welche Rolle spielt die Beherrschung eines Handwerks?

Der 3-D-Drucker ist ja nur ein Werkzeug. Wir benötigen aber, um dieses Werkzeug nutzen zu können, dreidimensionale Daten, die für den Drucker optimiert werden müssen. Es nützt nichts, ein Produkt, das ich vielleicht leicht fräsen oder mit dem Laserschneider schnell ausschneiden kann, mit dem 3-D-Drucker herzustellen. Wir haben beim 3-D-Druck vielmehr die Möglichkeit, ganz anders zu konstruieren, wir können Bauteile komplett ersetzen, aus Baugruppen ein Bauteil machen und wir können Funktionen generieren, die vorher nicht möglich waren.

Gibt es da schon digitale Hilfsmittel, um diesen vorgelagerten Prozess zu beschleunigen?

Hier wäre es interessant, Künstliche Intelligenz einzusetzen, z. B. wenn wir mithilfe automatischer Gesichtserkennung und Darstellung individuelle Brillen mit einem 3-D-Druckverfahren herstellen wollen. Das könnte auch für den Feuerwehrmann die Atemschutzmaske sein, die z. B. genau dort abdichtet, wo er Narben im Gesicht hat. Dann brauchen wir eben eine Technologie, die diesen Ablauf extrem produktiv macht. Bisher ist es so, dass solche Prozesse in der Industrie sehr viel Zeit in Anspruch nehmen und eben nicht wirtschaftlich bei der Einzelfertigung sind.

Können Sie ein Best-Practice-Beispiel für die Automatisierung der Prozesskette benennen?

Es gibt nur ganz wenige Beispiele für die industrielle Massenanfertigung von individuellen Produkten, wie bei dem amerikanischen Hersteller von Zahnschienen Align Technology, wo die Automatisierung funktioniert bzw. einen Großteil der Fertigung abdeckt. Dort ist die 3-D-Drucktechnik Teil einer industriellen Wertschöpfung, in der Tausende individuelle Produkte in einem industriellen Prozess hergestellt werden. Jede Zahnschiene bekommt einen Barcode, um diese im gesamten Fertigungsprozess nachverfolgen zu können. Teilweise sind die verschiedenen Produkte, wenn sie z. B. am Ende poliert werden, in einem chaotischen Zustand, das heißt, es existiert keinerlei Ordnung mehr. Dann kommen Roboter zum Einsatz, die die Barcodes, die sich auf den Schienen befinden, automatisch erkennen und dem Patienten und seiner individuellen Behandlungsstufe zuordnen können. Aber obwohl dies für mich ein Best-Practice-Beispiel darstellt, sind auch dort noch eine Menge manuelle Schritte integriert.

 

Also auch bei der Vollautomatisierung haben wir es noch mit Menschen zu tun?

Ja, denn es geht auch um eine Risikobetrachtung, um eine Strategie bei der Anwendung. Da geht vielleicht der ein oder andere Wissenschaftler naiv ran. Wenn man glaubt, man könne alles automatisieren, würde dann auch eine Menge Know-how fehlen. Ich kann nur etwas automatisieren, von dem ich alle Details kenne. Das ist aber nicht immer der Fall. Es kommt auch immer noch auf Interpretationsvermögen an. Wenn ich 3-D-Druck in der Medizin anwenden will, dann muss ich vorher auch schon die richtige Diagnose getroffen haben, um die richtige Behandlungsplanung einsetzen zu können.

 

Demonstrator zur Modellierung von körperangepassten Produkten z. B. für die Orthopädie, Modedesign oder Sportartikel

Kann die „Speedfactory“ mit Blick auf die Automatisierung ein Geschäftsmodell auch für andere Unternehmen sein?

Nicht wenn das Geschäftsmodell dem Copy Shop in alten Zeiten gleicht. Da sehe ich bei Menschen, die mir mit solchen Ideen begegnen, eine Menge Naivität. Fast jede große Sportmarke hat in den vergangenen zwei Jahren Schuhe mit 3-D-Elementen vorgestellt. Was von der Technologie in den nächsten Jahren dann wirklich als Produkt bei der Masse der Kunden ankommt, darauf darf man sehr gespannt sein.

Wir haben einen Kunden, der 200 bis 300 individuelle Paar orthopädische Schuhe täglich herstellt und die „Speedfactory“ so gesehen schon lange realisiert hat. Dort ist sogar eine medizinische Versorgung dabei, durch individuelle Anpassung der Leisten und Schuheinlagen. Das Spannende an dieser traditionellen „Speedfactory“ ist, dass Sie sich vom Wanderschuh über den Arbeitsschuh bis hin zum modischen Sneaker aus Rochenleder alles individuell erstellen lassen können. Und dort sieht kein Schuh wie der andere aus, also ganz anders als in der „Speedfactory“. Auf der anderen Seite können natürlich kapitalstarke Unternehmen Dinge umsetzen, die kleine Unternehmen so nicht realisieren können.

Wenn aber in Zukunft mehr als nur eine 3-D-gedruckte Zwischensohle produziert werden kann bzw. wenn die Zwischensohle auf mein Körpergewicht und meine Fußanatomie angepasst wird, also die Einlegesohle ersetzt wird, dann wird das auch für einige Menschen den Alltag wirklich verändern. So könnte sich z. B. ein Orthopädie-Schumacher als Händler oder Werkbank für Adidas etablieren, da er in der Lage ist, den Kunden zu lesen, also den richtigen Schuh mit den richtigen Maßen herzustellen. Denn es ist nicht damit getan, ein Foto von meinem Fuß zu machen oder mit einer App zu analysieren, was für einen Schuh ich benötige. Das Dilemma besteht natürlich darin, dass man einerseits mit dem 3-D-Druck etwas für das Marketing erreichen möchte, und inwiefern man andererseits wirklich die Performance der Schuhe selbst verbessern möchte.

Fortsetzung zum zweiten Teil des Interviews