Hilfe aus dem 3D-Drucker

Ein Haus, ein Herz, eine Mahlzeit: für viele unbezahlbar – oder aus dem 3D-Drucker.

Organe, Waffen, Instrumente, Häuser – mittlerweile kann einfach alles gedruckt werden. Die Ökonomen und Trendforscher erklärten den 3D-Drucker schon vor einigen Jahren zum Auslöser der nächsten industriellen Revolution und stellten ihn damit in eine Reihe mit bahnbrechenden Erfindungen: Dampfmaschine, Elektrizität, Computer... 3D-Drucker. Kaum zu glauben, wird der 3D-Druck doch landläufig noch immer mit dreidimensionalen Selfies und anderem Plastik-Firlefanz assoziiert. Wie kann ausgerechnet diese Technologie unser Wirtschaftssystem auf den Kopf stellen, den Welthunger bekämpfen, die Organspende revolutionieren, die Slums abschaffen und auch noch die Nashörner retten?

3D-Drucker tragen in einem „Laser-Schweiß-Prozess“ dünne Schichten unterschiedlichen Materials (Kunststoffe, Harze, Metalle oder Keramik) millimetergenau auf und verfestigen sie – nicht unähnlich einer Heißklebepistole. So entstehen aus Designs am Computer mittels so genannter CAD-Software (computer aided designs) oder nach dem (3D-)Einscannen bzw. Fotografieren der gewünschten Gegenstände nach und nach dreidimensionale Objekte. Die additive Fertigung unterscheidet sich von den konventionellen Produktionstechnologien (Gießen, Fräsen, Schleifen, Drehen oder Bohren), bei denen überflüssiges Material entfernt wird, bis das erhoffte Produkt übrig bleibt. Das 3D-Druckverfahren lässt also auf geringeren Materialverlust hoffen, da nur so viel Rohmaterial – ob Plastik-Paste, Metall-Puder oder Karbonfaser ­­– für ein Objekt verbraucht wird, wie gerade nötig. Zudem kann der verwendete Kunststoff (das so genannte Filament) aus recyceltem Plastikmüll gewonnen werden. Und selbst der 3D-Drucker lässt sich im Idealfall aus Elektroschrott bauen, wie es Techfortrade vormachen. So ökologisch wie es sein könnte, läuft der Druck aber aktuell nicht: Noch sollen fünf bis zehn Prozent aller 3D-Druckerzeugnisse Ausschuss sein und direkt auf den Müll wandern. Dass es anders ginge, zeigten Studenten aus Washington (und Sieger der 3D4D Challenge) bereits 2012, als sie ihren 3D-Drucker mit geschmolzenen Plastik-Milchflaschen fütterten und so ein kleines, funktionsfähiges Boot für eine Person druckten – ganz ohne Restmüll.

ENTDECKUNG DER MÖGLICHKEITEN

Der 3D-Druck ist generell ein Verfahren für Tüftler und Erfinder, weil er Ideen einfacher, schneller und billiger visualisiert als handgefertigte Styropor-, Sperrholz oder Gussmodelle. Komplizierte Formen müssen nicht mehr fertigungsadäquat gedacht werden, da Komplexität im Schichtdruckverfahren keine Rolle spielt. Zudem kann das Druckergebnis in der Serienfertigung permanent verbessert und auf individuelle Bedürfnisse angepasst werden. Oder es geht erst gar nicht in die Serienproduktion. Während in der konventionellen Produktionslogik ein Einzelstück ein Vermögen kostet und sich somit ein Produkt erst rechnet, wenn es zu Tausenden übers Band gehen kann, verschwinden diese Skaleneffekte nun. Auch auf Logistik und Lagerung kommen signifikante Umwälzungen zu: Anstatt Ersatzteile für eine kaputte Maschine aus China zu bestellen und einmal um die Welt zu transportieren, könnten die Teile nach den Bauplänen des Herstellers einfach vor Ort nachgedruckt werden. Ganze Beschaffungsketten für Fabriken könnten durch lokale Druck- und Servicestellen ersetzt werden. Wer braucht dann noch große Lagerhallen, wenn Nachschub auf Knopfdruck binnen weniger Stunden hergestellt werden kann? Das schmälert nicht nur das in Waren gebundene Kapital, auch das Risiko würde sinken, auf überschüssigen Waren sitzen zu bleiben.

Zu guter Letzt kann der 3D-Druck dem Open Source Gedanken zusätzlichen Auftrieb geben. Anwender auf der ganzen Welt können ihre Ideen und Designs miteinander teilen. Das geschieht schon heute auf Online-Plattformen, die wie große 3D-Warenhäuser aussehen: thingiverse.com oder 3dwarehouse.sketchup.com halten Millionen Designs bereit von „so gut wie allem“. Manch einer sieht in dem Internet der Ideen aber auch eine veritable Gefahr. Das Marktforschungsinstitut Gartner beispielsweise schätzt, dass in den nächsten Jahren ein hoher Schaden durch illegale 3D-Kopien entstehen wird, nicht unähnlich dem Aufkommen der MP3 und den Folgen für die Musikbranche. Damals wie heute müssen international rechtliche Verpflichtungen erarbeitet werden, um das geistige Eigentum von Designern zu schützen. Einer großen Community, die weiterhin freie Designs miteinander teilt, wird das vermutlich keinen Abbruch tun.

So weit, so gut, so neu? Zumindest neu ist das additive Verfahren streng genommen nicht, wurde es doch bereits 1984 von dem Amerikaner Chuck Hull patentiert. Jedoch wurde der 3D-Druck zunächst viele Jahre nahezu ausschließlich in Großunternehmen zur Prototypenherstellung genutzt, bis er sich dank zunehmender Produktionsgenauigkeit und -geschwindigkeit bei gleichzeitig stark fallenden Kosten auf den Weg zur Schlüsselindustrie des 21. Jahrhunderts gemacht hat. Insbesondere der Preis ist ein entscheidender Faktor in der Frage, ob es eine Technologie in den Massenmarkt schafft. Laserdrucker z. B. kosteten anfangs einige 100.000 Euro und kamen erst später nach dem Preisverfall in die Haushalte. Nach einer Prognose von Siemens werden die Herstellungspreise im 3D-Druck in den kommenden fünf Jahren mindestens um die Hälfte fallen, die Druckgeschwindigkeit hingegen um 400 Prozent ansteigen. Diese Technologie ist (im Massenmarkt) noch sehr jung und steht erst am Anfang ihrer Effizienzspirale. Das gilt auch für den Nutzwert in Haushalten, der aktuell selten über die beschriebenen Plastikspielereien hinausgeht. In der Hightech-Industrie hingegen kommen bereits hoch belastbare Metallverbindungen zum Einsatz. Damit lassen sich einsatzfähige Jet-Turbinen genauso drucken wie filigrane Violinen. Es sollte also nur noch eine Frage der Zeit sein, bis diese Technologie auch für NGOs und andere soziale Akteure flächendeckend profitabel wird.

DEGLOBALISIERUNG UND DEMOKRATISIERUNG DER PRODUKTIONSMITTEL

Die industriellen Implikationen durch den 3D-Druck sind gewaltig. Wired-Chefredakteur Chris Anderson geht von einer Demokratisierung der Produktionsverhältnisse aus. Neil Gershenfeld, Professor am Massachusetts Institute of Technology (MIT), rechnet gar damit, dass der 3D-Druck „nicht nur die Machtverhältnisse in der industriellen Fertigung neu definieren, sondern die Wirtschaftswelt als Ganzes erschüttern“ wird. Starke Thesen, untermauert mit großen Zahlen wie vom McKinsey Global Institute, das bereits 2025 von einem Marktvolumen von bis zu 550 Milliarden Dollar für den 3D-Druck ausgeht. Viel zu oft wird dabei (wieder einmal) der Fokus auf den Westen gelegt. Wie disruptiv es auch sein mag, wenn wir künftig Kontaktlinsen, Geschirr und Schuhe zu Hause drucken können, das soziale Revolutionspotenzial liegt vor allem in den Entwicklungsländern.

Insbesondere die lokale (Klein-)Industrie wird vom 3D-Druckverfahren profitieren. Ersatzteile für Traktoren, Kühlschranke oder Maschinen lassen sich künftig innerhalb von Minuten ausdrucken, anstatt sie beim abgelegenen Händler zu bestellen, der seinerseits Wochen auf seine Bestellung warten muss. Dem steigenden Bedarf an Haushaltsgütern, der bislang aufgrund schwacher Infrastruktur und fehlender Maschinen in vielen Entwicklungsländern nur unzureichend gedeckt werden kann, könnte mit der dezentralen Manufaktur mittels 3D-Druck begegnet werden. Die Produktion, die derzeit vor allem in die Niedriglohnländer ausgelagert ist, rückt in absehbarer Zeit wieder näher an den Markt. Da, wo ein Teil gebraucht wird, soll es auch produziert und unter Umständen an lokale Gegebenheiten angepasst werden, sprich: Druck on demand. Das würde Zeit sparen, die Umwelt schonen und die immensen Transport- und Logistikkosten wären ebenfalls Bilanzballast von gestern. Arbeitsplätze würden in der Region geschaffen. Im Idealfall kämen auch die Rohmaterialien aus der Region; dann gingen nicht mehr die Waren physisch um die Welt, sondern nur noch ihre digitalen Designdaten.

Richard A. D´Aveni, Professor für strategisches Management, sagt eine Verschiebung der aktuellen Wirtschaftskräfte voraus: „China wird seine Position als Werkbank der Welt aufgeben müssen.“ Und Bangladesch wäre nicht länger der Webstuhl der Welt, sobald Kleidung noch schneller und günstiger gedruckt als herkömmlich genäht werden kann. Der Electroloom spritzt Baumwoll- und Polyesterfasern auf eine T-Shirt-Form aus Aluminium; ein elektrisches Feld zieht die Fasern an und diese verkleben dann unter Wärmezufuhr – fertig ist das nahtlose Hemd. Bringt das kalifornische Start-up diese Erfindung zur Marktreife, verlieren Hunderttausende Näherinnen in Südasien den Job, wenn miese Löhne und einsturzgefährdete Fabriken nicht mehr ausreichen, um den Preis zu drücken. Der soziale Sprengstoff wäre enorm – für die Produktionsländer wie die Importländer. In seinem Buch „Makers“ bringt Chris Anderson es entsprechend pathetisch auf den Punkt: „Die Alleinherrschaft wird den Unternehmen, Regierungen und anderen Institutionen entrissen und an die normalen Leute übergeben.“ Diese können – sofern vernetzt – auf der ganzen Welt sitzen, z. B. in Ostafrika.

MEHR AUSTAUSCH ZWISCHEN SOCIAL ENTREPRENEUREN

In einigen Teilen Asiens und Afrikas, vor allem in Ostafrika, holen zunehmend Technologie-Hubs, Makerspaces und Fablabs den 3D-Druck in die Städte. Mit der Leidenschaft der Sozialunternehmer und durch die Unterstützung lokaler Unternehmen finden gedruckte Lösungen Eingang in den Alltag und können sich so für die Massenproduktion bewähren. Die Schwelle zur industriellen Fertigung wird aufgrund günstigerer Produktionskosten in den Collaboration-Hubs gesenkt, der Austausch befeuert die lokale Maker-Szene zusätzlich. Zusammen kommen die Maker z. B. in einem der zahlreichen 3D Hubs, die mittlerweile stolze 32.000 Drucker in 150 Ländern stellen. Anstatt dass der 3D-Drucker 95 Prozent seiner Zeit im Ruhezustand verbringt, wie sonst üblich, sorgen die Hubs durch das Teilen der Ressourcen für eine hohe Auslastung bei gesenkten Kosten. Neben dem Zugang zu neuen Produktionstechnologien wird auch Produktionswissen vermittelt – die stärkste Form des Empowerments. So entstehen „adaptive Ökosysteme“, die sich den Bedürfnissen der jeweiligen Region anpassen: Die Maker suchen nach Lösungen für Probleme und neue Möglichkeiten, Güter zu produzieren, die rar sind. Kurz, es geht darum, etwas von Wert für die gesamte Community zu schaffen. Die Rahmenbedingungen stimmen: Open Source als Standard macht die Baupläne über das Internet verfügbar, der Umgang mit einem 3D-Drucker ist leicht zu erlernen und sorgt so für die Befähigung dieser Generation, einer „new generation of makers“.

Das wünscht sich auch die USA, die nun verstärkt mit Bildungsinitiativen 3D-Drucker in ihre Schulen bringen möchte. I can make unterstützt die Lehrer mit einfacher Software für den Druck, während die MakerBot Academy die Hardware in die Klassenzimmer schafft. Ein tieferes Verständnis für die Technik, geförderte Kreativität und ein intensiver Austausch sind die langfristigen Ziele solcher Programme.

SYNERGIE-EFFEKTE MIT ANDEREN TECHNOLOGISCHEN INNOVATIONEN

Vielleicht ist es auch nicht ganz unwichtig, was letztlich aus dem 3D-Drucker kommt. Bleibt es bei der bunten Smartphone-Hülle, lassen sich gar die Waffengesetze mit einer selbst-gedruckten Pistole umgehen oder steckt doch ernsthafter sozialer Nutzen in der neuen Fertigungstechnologie? Gerade in der Anlaufphase einer Innovation sind Wettbewerbe hilfreich, in denen das kreative Potenzial ausgelotet werden kann. Ein Beispiel ist der Wettbewerb 3D Printers for Peace der Michigan Tech. Unter den Gewinnern war ein Student, der eine einfache Wasseraufbereitungsanlage designt hat: Ein halbtransparenter Plastik-Kegel lässt das Sonnenlicht durch und das Schmutzwasser verdampfen; das kondensierte Trinkwasser wird aufgefangen. Keine neue Mechanik, aber in der Herstellung mittels 3D-Druck kostengünstig reproduzierbar für die vielen Menschen ohne Zugriff auf sauberes Trinkwasser, wie z. B. in Folge einer Katastrophe.

Besser wäre es nur, eine kommende Naturkatastrophe frühzeitig zu erkennen, um sich rechtzeitig vor ihr zu schützen. Dafür sind Wetterstationen als Frühwarnsysteme der Schlüssel. Sind für uns Wettervorhersagen wie selbstverständlich über Nachrichten, Radio, App und das Internet verfügbar, sind Wettersysteme für Entwicklungsländer schlicht zu teuer. Sie kosten oft mehrere Zehntausend Dollar, plus weiterer Kosten für Wartung und Reparaturen, sofern es überhaupt Ersatzteile gibt. Mit 3D-Druckern lassen sich fast alle Teile herstellen, die es für eine zuverlässige, akkurate Wetterstation braucht. Wenn man dann noch kostengünstige elektronische Sensoren erwirbt, hat man eine Wetterwarte für lediglich rund 200-200 Dollar. Einige der gedruckten Stationen befinden sich bereits in Sambia im Einsatz.

Der 3D-Druck schafft aber nicht nur neue Schläuche für alte Ideen. Im Zusammenspiel mit Sensoren oder einem Smartphone liefern bereits gedruckte Aufsätze oder Gehäuse neue Möglichkeiten. So einen speziellen Aufsatz für das Smartphone hat Peek Vision (portable eye examination kit) entwickelt, um mit einer App die Retina von Menschen zu scannen und auf Augenkrankheiten zu untersuchen. Da das Smartphone immer dabei und die App leicht zu bedienen ist, können die Untersuchungen ganz einfach in ländlichen Gebieten durchgeführt werden, die sonst kaum Zugriff zu ärztlicher Versorgung mit entsprechendem Diagnose-Equipment haben. Schnell und effizient, so soll auch die Lösung von Pembient dieses Jahr einschlagen. Das Start-up hat kurzerhand den genetischen Code des Proteins Keratin, aus dem das Horn des Nashorns besteht, entschlüsselt und mittels 3D-Druck zum Verwechseln ähnlich hergestellt. Ihr radikaler Ansatz: den Schwarzmarkt mit den synthetischen Hörnern überschwemmen, um so den Wilderern die Marge abspenstig zu machen. Also keine Warterei auf die langsame Politik oder Umwelt- und Tierschutzabkommen, sondern die Gesetze des Marktes sollen das Überleben der Nashörner sichern. Nachdem alle Ansätze der Aufklärung bislang kaum Wirkung gezeigt haben, kommt jetzt der 3D-Drucker zur Rettung.

PROTHESEN, ORGANE, MEDIKAMENTE – AUF KNOPFDRUCK

Prothesen sind das (mediale) Paradebeispiel des 3D-Drucks. Kein Wunder, bringen sie doch viele Vorteile der Technik zum Vorschein: Sie sind individuell anpassbar, können in kleinster Stückzahl und mit unterschiedlichen Materialverbindungen gedruckt werden – und zwar günstiger, einfacher und schneller als im konventionellen Verfahren.
Den Anfang machte das Project Daniel im November 2013. Daniel ist als Teenager Opfer einer „dirty bomb“, gespickt mit Kerosin und Nägeln, geworden, die neben ihm explodierte, als er die Rinder seiner Eltern im kriegsgeschüttelten Südsudan hütete. Dabei verlor er beide Arme. Kurzerhand machte es sich Not Impossible Gründer Mick Ebeling zur Aufgabe, ihm zu helfen. Dafür rief er Neurowissenschaftler und 3D-Unternehmen zusammen, gemeinsam Prothesen für Daniel aus dem Drucker zu entwickeln. Im dafür gegründeten Lab werden seitdem Einheimische ausgebildet, selbst Prothesen für die vielen Versehrten zu einem Bruchteil der üblichen Kosten herzustellen. Eine bionische Handprothese kostet z. B. bis zu 100.000 Euro und ist damit für viele Menschen mit Amputation nicht mal ansatzweise erschwinglich – insbesondere für Kinder, die aufgrund ihres Wachstums alle paar Jahre eine neue brauchen. Sozialunternehmen wie Open Bionics können den Prozess mittels 3D-Drucker auf wenige Tage abkürzen und drücken die Kosten damit auf 3.000 Euro, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Funktionalität der Prothese. Sensoren greifen die Muskelbewegungen über die Haut auf und erlauben es dem Nutzer so bspw. seine Hand zu öffnen und zu schließen, oder die Kraft in den Fingern zu kontrollieren. Nicht so funktional komplex sind die Handprothesen von der e-NABLE Community (Enabling the Future), dafür allerdings für noch mehr Menschen verfügbar. Alles was für den Druck dieser mechanischen Hand gebraucht wird, stellen sie zum Download bereit und vermitteln auch den 3D-Drucker in der Nähe. So entsteht eine Handprothese für unter 50 Dollar.

Nicht nur Prothesen lassen sich günstig und passgenau herstellen, auch so genannte Orthotics – eine externe “Klammer”, die die Wirbelsäule und Rippen im Krankheitsfall schützt (aktuelle Wartezeit auf die Herstellung: durchschnittlich 13 Wochen auf koventionellem Weg; im 3D-Druck weniger als zwei Tage) oder der Nachfolger des Gips bei Knochenbrüchen. War dieser bisher unpraktisch, schwer und ein Herd für Infektionen, ist der Druck mittels speziellem Bio-Plastik die Lösung, da er nicht nur leicht und abwaschbar ist, sondern die Haut darunter noch atmen lässt.
Serienreife dürfte der 3D-Druck allerdings zuerst bei maßgeschneiderten Implantaten erreichen. Bisher wählen Orthopäden aus einem Katalog von Normgrößen ein – oft nicht gut sitzendes – Implantat aus. In Zukunft lassen sie für ihre Patienten ein optimal passendes Implantat drucken, egal ob Unterkiefer, Hüftgelenk oder Schädelknochen. Der Technik scheinen keine Grenze gesetzt, wurden doch unlängst ein kompletter Brustkorb samt Brustbein aus Titanium gedruckt und dem Patienten erfolgreich eingesetzt oder Luftröhrenimplantate für Kinder entwickelt, die mit dem Kind zusammen wachsen. Einer Meeresschildkröte wurde ebenfalls in Kooperation mit der türkischen PAU-Universität ein Kieferimplantat eingesetzt, das den Schnabel der Schildkröte wiederherstellte, so dass sie wieder in der Lage war, selbstständig Nahrung aufzunehmen. Ähnliches ist in Costa Rica bei einem Tukan gelungen, nachdem eine Gruppe Jugendlicher dem Vogel den oberen Teil seines Schnabels abgeschlagen hatten. Durch die Prothese kann er wieder eigenständig essen, Balzrufe in den Regenwald schicken und sein Gleichgewicht halten. Ein kleines Happy End.

Haben wir uns an den Druck von Prothesen schon fast gewöhnt, wirkt das Drucken von organischem Material noch immer wie Science-Fiction und stellt maßgefertigte Zahnkronen und Hörgeräte schnell in den Schatten. 2013 verkündete Prof. Dr. Atala vor Vertretern der Vereinten Nationen in Genf seine Vision: „Ärzte der Zukunft werden nicht mehr nur heilen, sie werden selbst neue Organe erschaffen." Dafür nutzten Drucker eine Mischung aus Gel und Zellen, die in Schichten aufgebracht, nach und nach zu einem Gewebe zusammenwächst. Grundlage können die körpereigenen Fettzellen des Patienten sein, wodurch – anders als sonst bei Organtransplantationen – keine Abstoßungsreaktionen zu erwarten sind. Bis ein „bioficial heart“ (eine Kombination aus biologisch und künstlich, also artifical) in der Brust eines Patienten schlägt, werden schätzungsweise noch zehn Jahre vergehen, ein Ohr konnte hingegen bereits erfolgreich von Ärzten der Cornell University in New York aus lebenden Zellen aufgebaut werden.
Wenn es darum geht, möglichst exakte, lebensechte Modelle von Organen vor sehr komplizierten Operationen herzustellen, damit die Mediziner besser planen können, ist der 3D-Druck bereits etabliert. Biotech Unternehmen und Kosmetikanbieter arbeiten zudem an einer Technik, mit der Haut per 3D-Druck in mehreren Schichten nachgebaut wird. Bei jeder einzelnen Schicht lässt sich dabei die Zahl der verwendeten lebenden Zellen, sowie deren Größe und Dichte festlegen. Auf diese Weise ist der Konzern in der Lage, eine Kopie der menschlichen Haut zu produzieren, die dem Original in Form und Funktion extrem nahe kommt. Das könnte nicht nur zu Produkten mit besserer Verträglichkeit führen, sondern auch gleichzeitig eine Menge an (z. T. grausamen) Tests an Tieren überflüssig machen.
2015 hat das erste Medikament (gegen Epilepsie) aus dem 3D-Drucker eine Zulassung erhalten. Die Tabletten haben eine porösere Struktur, wodurch sie sich schneller bei Kontakt mit Flüssigkeiten auflösen, entsprechend leichter zu schlucken sind, und die Wirkstoffe zügiger freisetzen. Und das ist erst der Anfang. „Seit 50 Jahren haben wir Tabletten auf die gleiche Weise in Fabriken hergestellt und zu den Krankenhäusern geschafft“, sagt Dr Mohamed Albed Alhnan von der Universität Central Lancashire. „Zum ersten Mal kann uns dieser Prozess dahin führen, Tabletten viel näher am Patienten zu produzieren.“ Schließlich macht es der 3D-Druck mit kleinen Software-Anpassungen in der einzelnen Herstellung möglich, die Dosis und Zusammenstellung der Wirkstoffe im Medikament auf die Bedürfnisse der Patienten anzupassen. Da jeder Patient anders auf Medikamente reagiert und diese folglich auch unterschiedlich wirken, wäre das ein großer Schritt in der Therapie und eine weitere kleine Revolution.

EIN HAUS IN UNTER DREI STUNDEN

Stellen wir uns vor: Slums könnten verschwinden, Kriegsflüchtlinge erhielten menschenwürdige und winterfeste Unterkünfte, der städtische soziale Wohnungsbau könnte wieder Wohnungen bereitstellen, die bezahlbar und vor allem ausreichend vorhanden sind. Niemand müsste sich mehr für ein Eigenheim hoch verschulden oder in Containern und unter Wellblechdächern wohnen. Das ist die Vision, die der 3D-Druck verspricht. Größter Vorreiter auf diesem Gebiet ist das chinesische Unternehmen Winsun, das in einem großen PR-Stunt bereits 2014 zehn Häuser in 24 Stunden druckte und aufbaute, inkl. Rohrleitungen und Verkabelung. Die Hausteile aus Zement und Glasfaser werden aus Bauschutt und Industrieabfällen recycelt. Mit riesigen Extrusions-3D-Druckern werden die Hausteile wie üblich Schicht für Schicht gedruckt und im Handumdrehen aufgebaut. Kostenpunkt für ein 200 qm großes Gebäude: 3.500 Euro. Im Vergleich zum herkömmlichen Hausbau lassen sich so 60 Prozent der Materialkosten und ganze 80 Prozent der Arbeitskosten sparen.

Winsun plant in wenigen Jahren 3D-Druck Fabriken in mehr als 20 Ländern, auch in Europa. Die ägyptische Regierung ist einer der ersten Auftraggeber. 20.000 gedruckte Häuser sollen die Wohnungsknappheit in den urbanen Ballungsräumen mindern. Auch Singapurs Regierung und Industrie investiert über 100 Millionen Dollar in ein entsprechendes Forschungsprojekt, das in wenigen Jahren den sozialen Wohnungsbau, insbesondere für die vielen ausländischen Arbeitskräfte im Land, mittels 3D-Druck bewerkstelligen soll.

GEDRUCKTE MAHLZEIT – OHNE BEILAGEN

Teller und Besteck lassen sich problemlos drucken. Aber was landet auf dem Teller? Auch für die Lösung des Hungerproblems in den Entwicklungsländern ist der 3D-Drucker im Gespräch. Heute liegt das Hauptaugenmerk der Food Printer noch darauf, die Lebensmittel möglichst künstlerisch in eine Form zu drucken. Das Auge isst mit und schließlich sieht ein Oktopus aus Kartoffelbrei gleich viel netter aus. Für besonders große mediale Aufmerksamkeit sorgte bisher ein 3D-Pizzadrucker, mit dem es möglich ist, eine Pizza vollständig zu erstellen und zu backen. Dahinter steckt das Unternehmen  Anjan Contractors, das schon 2012 den Auftrag von der Nasa erhielt, einen funktionsfähigen 3D-Lebensmitteldrucker zu entwickeln. Mit dem 3D-Drucker sollen Astronauten nahrhafte Lebensmittel für Langstrecken-Missionen selbst herstellen können. Die Raumfahrt ist häufig Treiber technologischer Innovationen, beim Drucken von Lebensmitteln genauso wie von Ersatzteilen, die ebenfalls konkreten Nutzen auf der Erde hätten.

Es muss nicht bei Kartoffelbrei und ähnlichen Breisubstanzen bleiben. Dem amerikanischen Unternehmen Modern Meadow ist es bereits gelungen, einen Fleischwürfel aus lebenden tierischen Muskelzellen mit einem 3D-Drucker unter Verwendung einer Biotinte, die verschiedene Zelltypen beinhaltet, zu erzeugen. Neben ethischen und kulinarischen drängt sich vor allem die Frage auf, ob gedruckte Nahrung die gleichen Nährwerte von herkömmlich zubereiteten Essen haben kann. Forscher des Delfter TNO-Instituts sind davon überzeugt. Neben einer Vielzahl von Kohlenhydraten und Proteinen können die gedruckten Speisen zusätzlich mit personalisiertem Nährstoffgehalt versehen werden. Food-Printer wären beispielsweise imstande, dem Essen Extraportionen von Kalzium oder Omega-3-Säuren hinzuzufügen. Darüber hinaus ließen sich mit gedruckten Lebensmitteln nachhaltigere kalorische Quellen erschließen, die Algenproteine enthielten. Das würde die Menschheit von der Last der ressourcenintensiven tierischen Proteine befreien. Natürlich ist BioPrint im 3D-Verfahren eine technisch aufwendige Angelegenheit. Der Prozess dauert lange, die spezielle Geometrie aus organischen Stoffen ist nicht einfach zu generieren – appetitlich aussehen soll das Ganze schließlich auch noch. Bis zum kunstvollen Oktopus aus hochwertigen Lebensmitteln ist es noch ein weiter Weg.

Im Punkto sozialem Impact ist die Vision von Print2taste ebenso aufregend: Auf Basis eines Bluttropfens wird der Bedarf des Nutzers analysiert und bei einem Eisen- oder Vitaminmangel entsprechend mehr Brokkoli oder Zitrone auf den Teller gedruckt – oder Zutaten aufgrund von Allergien automatisch weggelassen. Dadurch ließen sich Mangelerscheinungen oder sogar Krankheiten wie Diabetes oder Fettleibigkeit vorbeugen. Gelingt es, diese Krankheiten über die Ernährung zu bekämpfen, folgt die nächste Herausforderung, der wir uns im demographischen Wandel stellen müssen: Ältere Menschen leiden häufig unter Kau- und Schluckbeschwerden. Da kommen wir wieder zum Brei, der diesmal allerdings gewollt ist und unter dem schicken Namen „Smoothfood“ in den Markt kommen soll. Die EU sponsort mit drei Millionen Euro ein entsprechendes Forschungsprojekt, damit pürierte und durch den Drucker wieder in Form gebrachte Nahrung industriell hergestellt werden kann. Eine Erleichterung für Alten- und Pflegeheime.

Auch wenn für uns im Zeitalter von Bio, Öko und Urban Gardening der Gedanke an Essen aus dem Drucker befremdlich scheint, könnte er schon bald so alltäglich werden wie das Milchpulver (statt frischer Kuhmilch) oder die Tütensuppe – nur gesünder.

INKLUSION: EINE NEUE WELT ZUM ANFASSEN

Was leistet der 3D-Druck? Er schafft dreidimensionale Objekte. So einfach ist es – und so bereichernd für blinde Menschen. Das beginnt schon bei den Kleinen. Erschließen sich Kinder die Welt zu einem großen Teil über Geschichten in Bilderbüchern, bleibt blinden Kindern diese Welt normalerweise verschlossen. Die wenigen taktilen Kinderbücher auf dem Markt sind sehr teuer, da sie von Hand gemacht werden. Das "Tactile Picture Books Project" der University of Colorado Boulder möchte das ändern, indem eine Software mittels einer automatischen Textverarbeitung die wichtigsten Wörter einer Geschichte in Bilder umwandelt. Mit einem 3D-Drucker kann diese Bild-Geschichte dann selbst ausgedruckt werden und schon können auch Kinder, die noch nicht die Blindenschrift Braille lesen können, der Geschichte folgen, ihre Lesekompetenz ausbauen und in eine neue Welt eintauchen.

Keine neuen Geschichten, aber alte Erinnerungen sind für uns mit Fotos verbunden. Egal, ob die Abzüge in einer Fotokiste lagern oder sich als Dateien auf der Festplatte stapeln, das nostalgische Gefühl, sich an alte und liebgewonnene Situationen zu erinnern, ist ein besonderes. Das dachte sich auch das Unternehmen Pirate3D in Singapur, das einen TV-Spot in Auftrag gab, der zeigt, wie Fotos mittels eines 3D-Druckers in anfassbare Modelle übersetzt werden. So kann beispielsweise Yassine das erste Mal ertasten, wie ihr Vater sie als Kind in die Luft geworfen und aufgefangen hat. Ein entsprechend emotional inszenierter Moment. Ähnlich herzzerreißend geht es im Spot des Windelherstellers Huggies aus Brasilien zu. Darin stattet das Unternehmen einen Gynäkologen mit einem 3D-Drucker aus. Damit kann er Ultraschallbilder in entsprechende 3D-Modelle umwandeln und der blinden Tatiana so ihren Sohn pränatal zeigen. Natürlich setzen diese Spots vor allem auf das emotionalisierende Potenzial für ein breites Publikum, gleichzeitig zeigen sie, welchen Nutzen der 3D-Druck für blinde Menschen haben kann – auch wenn die Kosten für die komplexe Anfertigung eines Ultraschallbildes oder Modells nach einem Foto aktuell noch sehr aufwändig sind.

Skalierbarer und damit schon heute im Einsatz ist der 3D-Drucker, wenn es darum geht, einen barrierefreien Museums- oder Galerie-Besuch zu ermöglichen. Vorreiter sind das Etruskisches Museum von Marzabotto und das Archäologische Museum von Ferrara in Italien. Einige ihrer Exponate wurden bereits mittels 3D-Scanner digitalisiert und in den Materialien, die denen der Originalstücke möglichst nahe kommen, ausgedruckt. Durch die realistische Haptik soll es sehbehinderten Menschen ermöglicht werden, die Gestalt und Textur historischer Exponate zu erfahren. Aber an diesem Punkt ist nicht Schluss, wie das Unternehmen 3D PhotoWorks zeigt. Ihr Ziel ist es, alle großen Kunstwerke für blinde Menschen „begreifbar“ zu machen. Es gilt unlängst als wissenschaftlich erwiesen, dass die mit den Fingerspitzen ertasteten Informationen zu mentalen Bildern im Gehirn verarbeitet werden. Ein Rundgang durch Museen und Galerien wird damit auch für blinde Menschen zum unvergesslichen Erlebnis.

SCHNELLE HILFE IM KATASTROPHENFALL

Ende 2014 ist es Astronauten erstmals auf ihrer Mission gelungen, ein Ersatzteil im 3D-Drucker herzustellen. Ein großer Schritt, wenn die nächste Versorgungsquelle (der Planet Erde) hundert Tausende Kilometer entfernt ist. Aber Astronauten sind nicht die Einzigen mit Versorgungssorgen. Nach einer Naturkatastrophe oder einem Krieg müssen die Menschen in Krisengebieten lange ohne das Überlebenswichtigste ausharren, da augenblicklich die Infrastruktur zusammenbricht. Ein 3D-Drucker könnte für vieles sorgen: Nahrung, Kleidung, Häuser und Prothesen (s. o.).Ein Pioneer im Katastrophen-Einsatz von 3D-Druckern ist die Organisation Field Ready. Sie unterstützen Hilfsorganisationen vor Ort mit dem Aufbau von „innovation labs“, in denen die wichtigsten Gebrauchsgüter auf Abruf gedruckt werden können. Dafür stellen sie einen digitalen Katalog aller druckbaren Teile für die Humanitäre Hilfe. Darunter Kanülen, Schraubendreher, Rohrschellen, Flaschen und Brutkästen, die sie nach dem Erdbeben 2010 auf Haiti oder 2015 in Nepal hergestellt haben. Solche Gegenstände brauchen oft Wochen oder vielleicht sogar Monate, bis sie in ausreichender Stückzahl verfügbar sind. Durch den Drucker vor Ort wird die übliche Versorgungskette über Mittelsmänner, Funktionäre und Bürokraten spürbar abgekürzt und ad hoc auf den akuten Bedarf reagiert.

Für den Druck sind die Hilfsarbeiter vor Ort zuständig, die kurzerhand im Umgang mit dem 3D-Drucker ausgebildet werden, um ihnen Selbsthilfe zu ermöglichen. Weitere innovation labs sind aktuell in Kenia und Jordanien geplant, auch wenn man natürlich nie wissen kann, wo die nächste Katastrophe ausbricht. Nicht umsonst beschreibt Field Ready Gründer Eric James die Situation der Humanitären Hilfe als immer noch „messy, tough and perplexing. Aid is provided in the most difficult places on earth, and relief situations are the outcomes of catastrophic failure–usually, a collapse of cooperation and good governance.” Eine gute Infrastruktur an 3D-Druckern in den Händen von ausgebildeten Hilfskräften könnte für schnelle Besserung sorgen.

Fazit

In den letzten 20 Jahren haben das Internet und der Mobilfunk fundamental verändert, wie Menschen kommunizieren und Informationen austauschen. Jetzt schickt sich der 3D-Druck an, unsere Produktion zu revolutionieren: raus aus den Fabriken, in die Hände kreativer, lokaler Manufakturen. Aber was ist Hype und was bleibt? Das Marktforschungsinstitut Gartner hat den Hype-Zyklus in den 90er Jahren eingeführt, um die Einschätzung von neuen Technologien zu erklären: Nach einem „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ (Wir werden alle alles sofort zu Hause selbst drucken.) und einem „Tal der Enttäuschungen“ (Es lässt sich doch sowieso bloß Plastik-Firelefanz drucken.) befinden wir uns demnach mit dem 3D-Druck gerade auf dem „Pfad der Erleuchtung“ und sollten nach Gartners Einschätzung in ca. fünf Jahren das „Plateau der Produktivität“ erreichen.

Bis dahin lassen wir uns von den technischen Fortschritten begeistern: von der kleinen Pille über gedruckte Herzen bis zu ganzen Häusern. Der 3D-Drucker fordert die Kreativität heraus und ermöglicht es den Makern weltweit, günstig individuelle Lösungen aus ihrer Community heraus zu erschaffen. Dieser User-Fokus, der Austausch digitaler Ideen (Open Source) zwischen den Social Entrepreuneuren und die damit zunehmende Unabhängigkeit von einer Umverteilung durch die Entwicklungshilfe sind die Trümpfe des 3D-Drucks und lassen auf große wirtschaftliche Umwälzungen schließen. Insbesondere im Zusammenhang mit den Fortschritten in der Nanotechnologie, der Biotechnologie, der Sensorik und der Automatisierung, die im Wechselspiel mit dem 3D-Drucker zu noch umfassenderen Veränderungen führen werden. Ob wir dann zu Hause unsere Schuhe und unser Geschirr selbst drucken werden, ist fast schon egal.