Chemie unter Druck: Was bedeutet der Siegeszug der additiven Fertigung?

3D-Druck und additive Fertigung Chemie unter Druck: Was bedeutet der Siegeszug der additiven Fertigung?

03.09.2018Autor / Redakteur: Dominik Stephan* / Dominik Stephan

Was bedeutet der Siegeszug der additiven Fertigung für die Prozessindustrie? – Der 3D-Druck mischt die Karten neu: Während die Einen sich mit maßgeschneiderten Materialien in Stellung bringen oder von der Pille aus dem Drucker träumen, fürchten Andere die drohende Marginalisierung der Chemie. Goldrausch oder Katerstimmung? Zwischen Polymerfilamenten, Prototypen und Pillen aus dem Drucker sucht eine Branche nach Antworten.

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Additive punkten: Die Stärken und Schwächen des 3D-Drucks in Chemie und Pharma.
(Bild: © lucadp - stock.adobe.com; Eike Hübner [M] Alban)

Mehr als 500 Jahre, nachdem Johannes Gutenberg den Buchdruck erfand, machen sich seine Nachfolger daran, Prototypen und Ersatzteile zu drucken. Bewegliche Teile, verschiedene Materialien, sogar lebende Zellen – nichts scheint unmöglich. Dabei punktet der 3D- Druck mit Freiheitsgraden im Design, bionischen Strukturen und dem Wegfall von Rüst- oder Werkzeugkosten. So lassen sich Bauteile drucken, die aufgrund ihrer Geometrie mit herkömmlichen Verfahren nicht in einem Stück gefertigt werden könnten.

Kein Wunder, dass die Wirtschaft hellhörig wird: 70 % der Unternehmen erwarten, dass der 3D-Druck die Industrie tiefgreifend verändern wird, ergab eine Bitkom-Umfrage.

Zur Bitcom Umfrage

Ob Entwickler am Reaktor aus dem Drucker tüfteln oder die Nachfrage nach Spezialkunststoffen zu Millioneninvestitionen führt: Die chemische Industrie ist beim 3D-Druck mittendrin. Trotzdem erwarten lediglich 40 % der Chemiefirmen starke Auswirkungen auf Produkte, Preise oder Innovationen, ergab eine Studie von Camelot Consultants. Unterschätzt die Branche das Potenzial? „Insgesamt entsteht der Eindruck, dass sich die Chemieunternehmen mit den bewährten geschäftlichen Ansätzen sehr wohlfühlen“, kommentiert Camelot Managing Partner Dr. Josef Packowski.

Covestro-Experte Roland Wagner beobachtet die Entstehung eines kleinen Bauteils im neuen 3D-Drucklabor des Unternehmens. (Covestro)

Dabei steigt mit der Verbreitung der Drucker auch die Nachfrage nach Polymeren, Weichmachern und Zuschlagstoffen. Jetzt bringen sich die Chemieunternehmen in Stellung: So hatte die BASF im Juli Advanc 3D Materials und Setup Performance übernommen. „Nach der Übernahme von Innofil 3D und der damit verbundenen Stärkung unserer Marktpräsenz bei Filamenten für die Schicht-Extrusion erweitern wir nun den Marktzugang im Arbeitsgebiet Powder Bed Fusion“, erklärt Dietmar Bender, Vice President Manufacturing & Technology.

Polymere für den 3D-Druck: So bringen sich die Chemie-Unternehmen in Stellung

Im April hatte man bereits ein neues PA6-Material für das Lasersintern vorgestellt. Evonik kündigte unterdessen an, 400 Millionen Euro in einen neuen Anlagenkomplex für Polyamid-12 (einen der wichtigsten Rohstoffe für den 3D- Druck) am Standort Marl zu stecken. Auch Covestro hat das Potenzial erkannt: Die ehemalige Bayer Material Science liefert nicht Polycarbonat- und Polyurethan-Filamente für das Schmelzschichtverfahren, sondern betreibt in Leverkusen auch ein Labor für 3D-Druck.

„Wir möchten mit führenden Partnern in der Prozesskette zusammenarbeiten, um die Entwicklungen weiter voranzutreiben. Dazu gehören Formulierer ebenso wie Hersteller von 3D-Druckern, Softwareunternehmen, Dienstleister und OEMs“, erklärt Julien Guiu, der die 3D-Druck-Aktivitäten des Unternehmens koordiniert.

Wer macht was in Sachen 3D-Druck? Diese Firmen und Institute sollten Sie sich merken...
(Bild: PROCESS)

Mehr als nur Kunststoff: Additive Fertigung von Anlagenbauteilen jetzt auch in Carbon!

Tobias Caspari, Head of Additive Manufacturing bei Heraeus, betont: „Heute dominieren Standardmaterialien den Markt für 3D-Druck. Dies wird sich ändern. Wir werden ein überproportionales Wachstum von neuen Materialien und Spezialmaterialien wie Edelmetalle und amorphe Metalle erleben.“ So setzen die Carbon-Spezialisten SGL auf Kohlenstoff: Mit der Technologie von Ex One bringt das Unternehmen gedruckte Graphitbauteile unter dem Namen Carboprint auf den Markt. Dabei gilt es, die Balance zwischen aggressivem Markteintritt und vorsichtigem Evaluieren zu finden. Sonst sei nicht ausgeschlossen, dass Druckerhersteller, 3D-Designer oder OEMs die Dominanz etablierter Player brechen könnten, fürchten einige Analysten. Gegensteuern sei gefragt, will sich die Branche nicht mit einer „Zuschauerrolle“ begnügen.

Metallpulver C zeigte einen deutlich höheren Druckabfall über dem Pulverbett als die anderen Proben: ein Indiz, dass Metallpulver C wesentlich weniger durchlässig ist als Pulver A und B. (Freeman Technology)

Tatsächlich hat der 3D-Druck enorme Vorteile für den Apparatebau: Nicht nur, dass so komplexe Strukturen in kleinen Losgrößen möglich sind, auch entfällt die aufwendige Herstellung von Werkzeugen und Formen. Ersatzteile für alte oder einzigartige Anlagen sind ebenso wenig ein Problem.

„Durch die Möglichkeiten zur Individualisierung von Bauteilen hat die additive Fertigung das Potenzial zum Paradigmenwechsel in der Prozesstechnik“, erklärt Eckard Foltin, Vorsitzender der Processnet-Fachgruppe Zukunftsforschung und Innovationsmanagement. Noch hat das Prototyping die größte Bedeutung, doch Anwendungen für die Produktion folgen mit großen Schritten.

Wie das aussehen kann, zeigt der Druck eines emaillierten Hochdruckreaktors durch Thaletec. Der Clou dabei: Die Entwickler haben einen integrierten Temperierkanal vorgesehen, der gegenüber den bisher üblichen Lösungen einen deutlich verbesserten Wärmeübergang bietet. Noch radikaler ist der Ansatz des Lawrence Livermore National Laboratory, isolierte Enzyme zur Methanumwandlung in das Reaktor-Polymer „einzudrucken“. Die Enzyme behalten dabei ihre Aktivität – was ganz neue Wege bei Gas-Flüssigkeits-Reaktionen aufzeigt. Auch in der Mikrofluidik punktet das gedruckte Reaktordesign: So haben Wissenschaftler des Leibniz-Institut für Interaktive Materialien ein Bauteil mit einem dreidimensionalen Kanalnetzwerk gedruckt. Die Tröpfchenbildung an den Kanalkreuzungen kann zur Herstellung von Mikrogelen genutzt werden.

Was kann der 3D-Druck - und was nicht? Warum die additive Fertigung nicht alle Probleme löst und was heute schon möglich ist auf der nächsten Seite!

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