Gleich in der ersten Folge haben wir es bereits kurz angesprochen.
Im industriellen Bereich wird vom 3D-Druck erwartet, dass er neben der
Fertigung von Prototypen auch die Produktion radikal verändern wird.
3D-Druck ermöglicht es nämlich, Bauteile schnell und flexibel
herzustellen.
Sehr beliebt sind etwa Elemente, die innen hohl sind, damit sie zwar
die gleiche Stabilität erreichen, aber wesentlich leichter sind.
Branchen wie die Luft- und Raumfahrtindustrie machen sich das bereits
zunutze.
Denn hohle Strukturen sparen nicht nur Material, das geringere Gewicht
führt auch zu einem reduzierten Treibstoffverbrauch.
Der Einsatz des 3D-Drucks ist hier sowohl rentabel als auch
nachhaltig.
Bisher galt das jedoch nur für Einzelstücke.
Bei der Massenproduktion sind herkömmliche Verfahren dem 3D-Druck noch
voraus.
Auf lange Sicht wird aber auch hier erwartet, dass der 3D-Druck die
industrielle Fertigung effizienter und damit eben nachhaltiger macht.
Die Technologie wird sogar oft als die einzige nachhaltige Lösung für
industrielle Fertigungsprozesse gehandelt.
In dieser vorläufig letzten Folge möchte ich wissen, wie
umweltfreundlich die Fertigung mittels 3D-Druck wirklich ist und in
wiefern wir damit tatsächlich eine nachhaltige Zukunft gestalten
können.
Willkommen bei Auf Knopfdruck, 3D-Druck für die Gesellschaft von
Morgen.
Mein Name ist Isabel Rogge und ich bin Wissenschaftsjournalistin.
Während auf der einen Seite auf eine nachhaltige Produktion mittels 3D
-Druck gehofft wird, wächst auf der anderen Seite die Skepsis über die
verwendeten Materialien.
Denn am häufigsten wird als Material Kunststoff eingesetzt.
Ja, und durch die Bilder von Plastikmüll in den Ozean und die
Entdeckung von Mikroplastik ist die Nutzung von Kunststoff ganz klar
in Verruf geraten.
Ich spreche mit Ulrich Petschow darüber, ob und wie das mit
Nachhaltigkeit vereinbar ist.
Liebe Frau Rogge, danke für die Einladung und gerne habe ich Zeit und
freue mich aufs Gespräch.
Wir sprechen ja heute darüber, wie nachhaltig 3D-Druck so als
Produktionstechnik ist und vor allen Dingen vielleicht auch mal sein
kann.
Ich muss Ihnen aber vorab eine Frage stellen, die mir direkt in den
Sinn kam, als ich Ihre Vita gesehen habe.
Sie sind ja Diplom Volkswirt und Soziologe und Sie arbeiten am
Institut für ökologische Wirtschaftsforschung, kurz IÖW, das sollten
wir vielleicht einmal kurz erwähnen.
Jetzt müssen Sie mir verraten, wenn Sie jetzt so aktuell auf die
Politik und die Wirtschaft gucken, sind Sie da verzweifelt oder sind
Sie hoffnungsvoll, wenn Sie sich jetzt so das mal angesichts der
Klimakrise dann anschauen?
Na, wenn ich mir das anschaue, bin ich einerseits verzweifelt und sehe
ein paar blaue Streifen am dunklen Horizont, im Prinzip ähnlich, wie
es gestern der IPCC gesagt hat.
Es besteht die Möglichkeit, tatsächlich die Klimakatastrophe zu
mindern oder gar abzuwenden.
Es braucht aber dringend Handlung und das ist halt etwas, was
tatsächlich schon seit 30 Jahren verschleppt, verlangsamt und nicht
konsequent durchgezogen wird.
Und das ist in der Tat ein, glaube ich, gewaltiges Problem.
Und das heißt, Sie sehen zumindest jetzt wird so etwas getan, aber wir
wissen für 1,5 Grad reicht das aktuell noch nicht.
Nein, es reicht noch nicht und das Hauptproblem in der ganzen
Geschichte ist ja auch, in welchem Zeitraum bekommt man eigentlich
tatsächlich die Umsteuerung hin.
Die Zeit ist so knapp, dass dann eben auch die Frage besteht, sind
diese technischen Möglichkeiten des kohlenstoffarmen Wirtschaftens,
bekommen wir das überhaupt in diesem Zeitraum hin?
Weil sozusagen ein Zeitfenster von acht Jahren ist für einen
Strukturwandel fast nichts und das macht mir tatsächlich Sorgen,
inwieweit das funktioniert, ohne dass es zum ganzen Abbruch kommt.
Jetzt bin ich im Grunde richtig ins Thema reingesprungen.
Darum geht es ja auch heute irgendwie, wenn auch im Detail um ein
anderes Feld.
Aber ich habe Sie jetzt schon teilweise vorgestellt und Sie forschen
zur Umweltökonomie und Umweltpolitik.
Jetzt müssen Sie uns nur verraten, was hat das eigentlich mit 3D-Druck
zu tun?
Ja, die Umweltökonomie und die Umweltpolitik ist ja erstmal ein sehr
breites Feld und die Blickrichtung ist natürlich dann die ökonomischen
Kontexte, die zu betrachten sind.
Und in diesem Bereich spielen natürlich dann Technologien eine ganz
wichtige Rolle.
Also in dem Sinne, was an Optionen und Handlungsmöglichkeiten sich
auftut.
Ich habe in der Zeit, in der ich am IÖW bin, relativ viel mit neuen
Technologien zu tun gehabt.
Das heißt, wir haben uns mit 3D auch beschäftigt, aber vorher schon
mit Nanotechnologie, synthetische Biologie oder auch der Frage Bionik.
Und an dem Punkt Bionik ist tatsächlich mein Klickpunkt zu dem Thema
3D -Druck gewesen oder ist es noch.
Weil meine erste Begegnung mit dem 3D-Druck war, sage ich mal, 2001 im
Rahmen einer Studie für das BMBF zur Bionik und wo sozusagen 3D-Druck
vorgestellt wurde.
Und ich dachte, das wäre die Lösung.
Im Gespräch mit Kaffee, mit den Leuten, die dann dafür diese Geräte
ausgestellt hatten, die Druckgeräte, wurde dann deutlich, okay,
Prototyping, das ist sozusagen der Einsatz, wo es wirklich eine große
Rolle spielt.
Und ansonsten sind es noch sehr lange Wege zu gehen, um dort
voranzukommen.
Also insofern befasse ich mich mit dem Thema tatsächlich schon über
eine längere Zeit.
Ja.
Können Sie noch einmal für alle, die nicht genau wissen, was man
darunter verstehen kann, was ist denn die Bionik eigentlich?
Im Prinzip ist Bionik auch ein Versprechen, dass die Technik nach dem
Vorbild der Natur gestaltet werden könnte.
Mit der Idee, dass sozusagen das, was wir in der Natur haben, in der
technischen Welt auch möglich wäre.
Also, dass man letztlich keine Abfälle hat, die sozusagen nicht
wiederverwertet werden könnten, wie wir es in der Natur sehen.
Also die Kreislaufwirtschaft wäre das zum Beispiel?
Genau.
Dass wir gleichzeitig Konstruktionen haben, wie zum Beispiel Knochen,
die unendlich stabil, also nicht unendlich, aber sehr, sehr stabil
sind, was wir mit herkömmlichen Werkstoffen eigentlich nur begrenzt
auf den Weg bekommen können.
Und dort ist tatsächlich der 3D-Druck eine Möglichkeit, diese
Strukturen nachzubauen, was eben vorher nicht möglich war.
Insofern tun sich mit dem 3D-Druck eine ganze Reihe von Möglichkeiten
auf, naturnahe Lösungen auch zu produzieren oder herzustellen.
Kommt daher dann auch die Faszination für das Thema nachhaltige
Produktion durch 3D-Druck?
Das war tatsächlich die Grundidee, die wir dabei hatten oder die ich
dabei hatte, wo dann eben auch die Frage ist, gelingt es durch diese
neue Technologie denn tatsächlich etwas zu schaffen, was sozusagen die
Umweltbelastung reduziert und nach Möglichkeit eben Abfall vermeidet.
Und da gibt es eine ganze Reihe von Keywords, die in der Regel genutzt
werden.
Es fällt weniger Abfall an, weniger Energieverbrauch, lokale
Produktion und Ähnlichem, die dort genutzt werden zur Unterstützung
von 3D-Druck.
Und das muss man natürlich relativ kritisch betrachten, leider, weil
so einfach ist es offensichtlich, wie wir sehen, nicht.
Ja, was sagen Sie denn?
Welche ökologischen Auswirkungen hat der 3D-Druck und wie verhalten
sich die vielleicht dann auch im Vergleich zu konventionellen
Produktionstechnologien?
Ich glaube, einen kleinen Schlenker muss ich noch machen.
Wir haben sozusagen eine Entwicklung des Produktionssystems, wo wir,
wenn man es simpel formuliert, sagt, okay, wir haben angefangen mit
Werkstätten, sage ich mal 1850, die dann so ein bisschen in Richtung
Industrie weiterentwickelt wurden.
Was dann hieß Ford und Tin Lizzy, also das Auto, das alle Formen haben
konnte, solange es schwarz ist und die Standardausführung ist.
Also im Prinzip nur ein Produkt, was gekauft werden kann.
Und wir haben in der Folge, sehen wir, dass die Produkte zunehmend
ausdifferenziert werden.
Das nennt man dann Mass Customization, also dass die angepasst werden
an die Kunden und eben nicht mehr nur ein Produkt dann da ist, was
gekauft wird, egal was der Kunde eigentlich will.
Und dass wir sozusagen dann tatsächlich so eine unglaubliche Dynamik
haben, die natürlich ganz eng mit der Digitalisierung zusammenhängt,
was man damals noch nicht unbedingt so nannte, aber IT, IKT
-Technologien, die sich entwickelt haben, spätestens in den 80er
Jahren des letzten Jahrhunderts, die dann relevant geworden sind und
die ganz viele Nebenwirkungen oder Folgewirkungen hatte.
Also einerseits, dass überhaupt Globalisierungsprozesse in der Form
möglich wurden, dass sozusagen eine Zentrale die Produktion weltweit
verteilen kann und womit einerseits unglaubliche Kostenvorteile
möglich wurden und andererseits die Frage sich stellt, wenn es immer
billiger wird, gibt es eben auch ein Mehr an Umweltbelastung und was
bedeutet dies?
Und an der Stelle kommt dann so ein neues Moment rein.
Also bei Mass Customization sagt ja nicht mehr oder weniger der Kunde,
es soll in seinen Wünschen befriedigt werden und er kann irgendwie
Einfluss auf das Produkt nehmen.
Das Produkt ist also, wenn früher ein VW Käfer ein VW Käfer war, was
sozusagen mit ein paar Sonderwünschen herstellbar war, ist es heute
so, dass man alle möglichen Features zubuchen kann, bestimmte
Veränderungen vornehmen kann, dass im Prinzip es so ist, dass das
Auto, was vom Band läuft oder aus der Fabrik kommt, dem einen anderen
kaum noch gleicht, was die ganzen Ausstattungsmerkmale angeht.
Und zugleich war festzustellen, dass so die Produktion ein Stück weit
regionalisierter wurde.
Und das ist natürlich ein wichtiger Punkt, also Regionalisierung und
Personalisierung der Produktion.
Und was wir dann zunächst hatten, war tatsächlich, wir können unseren
Turnschuh konfigurieren und bestellen und es liefern lassen.
Und dass mit dem 3D-Druck im Prinzip so die Idee dahinter steht, wir
können alles auf die bestimmten Nachfragebedürfnisse anpassen.
Und wir können sozusagen die Produktion dementsprechend
flexibilisieren.
Also was früher war, von Kosten her können wir bestimmte Produkte nur
als Massenprodukt produzieren, ist es dann heute die Idee jedenfalls,
dass die Losgröße nicht mehr sehr groß sein muss, sondern Losgröße 1
ist, dass ein Produkt tatsächlich nur für eine Person hergestellt
wird.
Und dazu brauchst du natürlich einen unglaublich flexiblen
Produktionsapparat.
Und das ist so die Idee auch von 3D-Druck, diese Personalisierung eben
auch hinzubekommen.
Das heißt, unser Wunsch auch so nach diesem Individuum, das alles auf
uns individualisiert ist, ist eigentlich ein Problem dann für die
Ökologie?
Nicht direkt.
Es geht erst mal nur, für mein Gefühl, erst mal nur um die Menge.
Also im Prinzip ist es für die Umwelt eigentlich relativ egal, ob wir
jetzt ein Standardprodukt als Auto haben, was durch die Gegend fährt,
oder ein personalisiertes Produkt, was durch die Gegend fährt.
Entscheidend wäre dort, was ist mit den Emissionen, was ist mit den
Umweltbelastungen durch die Produktion und wie unterscheiden die sich.
Sodass, wenn sie ein super angepasstes Auto hätten, wenn man das
Beispiel nimmt, dann muss es keineswegs irgendwie ökologisch besser
oder auch schlechter sein als das, was bis dato als Auto fährt.
Es ist schlicht und einfach die Menge an Produkten, die genutzt wird
und die Frage, wie viel im Lebenszyklus an Energie und Ähnlichem
verbraucht wird.
Und sie zielen aber vermutlich auf einen der zentralen Vorstellungen
von 3D-Druck, dass sozusagen eine Regionalisierung der Produktion
stattfinden kann, dass die Produkte, die Produktionsverfahren genauer
sein könnten, dass also weniger Abfall entsteht, sondern das Produkt
exakt, Anführungszeichen, zugeschnitten wird und von daher
Umweltentlastungen möglich wären.
Und das ist sozusagen ein zentrales Element, mit dem 3D-Druckakteure
hausieren gehen, die allerdings nur begrenzt relevant sind.
Worum es mir eigentlich geht, ist, in welchen Bereichen wird denn 3D
-Druck besonders eingesetzt.
Da wird dann eben auch deutlich, was denn die Spezifika sind.
Also man kann sagen, dass 3D-Druck noch keineswegs in allen Industrie-
und Bereichen genutzt wird.
Es wird vielmehr in solchen Bereichen genutzt, wo es Einzelfabrikate
erforderlich sind, also diese Customization eine große Rolle spielt.
Dort ist beispielsweise die Luft- und Raumfahrt extrem wichtig oder
für die ist es extrem wichtig, diese Verfahren zu haben, weil dort
eben dann Bauteile produziert werden, die leichter sind.
Und jetzt mag das für das ein einzelne Produkt gar nicht so elementar
wichtig zu sein, aber im Lebenszyklus eines Flugzeuges ist jede
Gewichtseinsparung sehr sehr wichtig, um Treibstoffe einzusparen.
Ein anderer Fall sind alles, was mit Medizin, medizinischen Geräten
und ähnlichem zusammenpasst, wo es eigentlich darauf ankommt, dass die
Produkte wirklich auf den einzelnen Kunden oder Kranken angepasst
werden.
Ein bekanntes Beispiel im Bereich des 3D-Drucks sind Hörhilfen, wo es
elementar darauf ankommt, dass diese gut in den Gehörgängen eingepasst
sind und passen.
Und die sind halt bei jedem Menschen unterschiedlich.
Und insofern ist das ein Fall, wo es mittlerweile so ist, dass 3D
-Druck elementar und die zentrale Produktionsmethode ist.
Und insofern sehen Sie doppeltes.
Einerseits, wo ist denn eine Anpassung auf individuelle Bedürfnisse
unbedingt erforderlich?
Und das Zweite, wo sind solche Technologien auch langfristig mit
Umweltentlastungen verbunden?
Und wo dann die Frage Preis oder Kosten eine begrenzte Rolle spielt?
Weil wenn Sie, sage ich mal, im Flugzeug, das ist zwar
Serienfertigung, aber das sind ja immer relativ kleine Serien, die
dort eine Rolle spielen, wo es dann ein Problem ist, jetzt Gießereien
oder ähnliche Produkte einzusetzen, also im Prinzip die große
Maschinerie anzuwerfen.
Sondern dort macht es tatsächlich Sinn, 3D-Druck zu verwenden, wegen
der Leichtigkeit, wegen der Stabilität der Produkte, die es dort gibt
und wegen den Einsparungen, die man in der Folge haben wird.
Preis spielt dann nur eine begrenzte Rolle.
Ganz weiter getrieben haben Sie das natürlich gerade aktuell auf dem
Flug zu Mars, sage ich mal, mit Herrn Wask, wo dann eben geguckt wird,
wenn wir im Weltall, sage ich mal, auf dem Mond oder auch nur auf den
erdnahen Systemen, wenn wir dort was produzieren wollen, also
Ersatzteile und Ähnlichem, dann ist der 3D-Druck die
Produktionstechnik der Wahl.
Es gibt einfach gar nichts anderes.
Und insofern gehe ich davon aus, dass dort in der Tat sehr viel
Innovation, sehr viel Kapital reinfließen wird, um das voranzubringen,
was dann natürlich auch für uns wieder Wirkung haben wird.
Also für uns hier auf der Erde, die wir hier bleiben müssen erst mal.
Aber dass die Technologie in der Tat vermutlich in der Perspektive
dramatische Fortschritte erreichen wird.
Das ist dann die Frage, wie nachhaltig ist dann so ein Flug ins All?
Gar keine Frage.
Also das wird ja auch gerne ausgeblendet, weil dieser
Zukunftsoptimismus, der, sage ich mal, das letzte Mal in dieser Form
in den, sage ich mal, Zehnerjahren oder Zwanzigerjahren eine Rolle
spielte, vielleicht nach dem Zweiten Weltkrieg nochmal, wo ja auch der
Flug zum Mars schon geplant wurde und heute wieder hochkommt, wo man
auch nur überrascht schaut, welcher Zukunftsoptimismus mit alten Ideen
eigentlich vorangetrieben wird.
Also Reise zum Mond und gleichzeitig die Probleme auf der Erde
eigentlich nicht gelöst werden oder die Lösung nicht vorangebracht
wird.
Ja, welche Potenziale sehen Sie da?
Also welche Nachhaltigkeitspotenziale da auch dann für den 3D-Druck in
der Produktion?
Ich denke, dass die Potenziale gegenwärtig eher noch begrenzt sind.
Schlicht und einfach, weil sie sehen müssen, dass auch 3D-Druck
Materialien braucht und die Materialien, die für den 3D-Druck
eingesetzt werden, eben das gleiche Problem haben wie bei sonstigen
Materialien für die Normalproduktion, weil die Materialien ja für den
3D -Druck vorbereitet werden müssen.
Es sind häufigerweise auch Legierungen oder Gemische von Stoffen, die
man hinterher nur begrenzt auseinander bekommt, sodass dort
tatsächlich die große Herausforderung besteht, wie könnte denn
tatsächlich ein Anführungszeichen grüner 3D-Druck aussehen?
Das sind ganz, ganz ähnliche Fragen wie bei der normalen Produktion.
Und die Vorteile des 3D-Drucks bestehen ja eher darin, dass man andere
Formen produzieren kann und dass man leichtere Formen, dass man
stabilere Formen produzieren kann.
Ich hatte vorhin das Beispiel des Knochens genommen, wo man sehen
kann, wie Natur tatsächlich außerordentlich stabile Produkte, wenn ich
das dazu sagen kann, herstellen kann.
Und wenn man das nachbauen kann, hat man natürlich etwas, was leicht
ist, was möglicherweise langlebig ist und was über diese Schiene dann
zur Umweltentlastung beitragen kann.
Aber um dieses dann tatsächlich zu erreichen, ist tatsächlich noch ein
sehr langer Weg zu gehen und tatsächlich zu schauen, mit welchen
Materialien arbeiten wir denn, inwieweit können die denn
wiederverwertet werden und inwieweit besteht dort die Chance, den
technologischen Fortschritt dort eine Richtung reinzubekommen.
So, das Gesagthaben sind natürlich schon einige Elemente ganz wichtig
und zwar tatsächlich die Frage dieser angepassten Lösungen, die es
gibt.
Also, dass man dann sagt, okay, vielleicht besteht die Möglichkeit,
dadurch, dass die Lösungen angepasst sind an die spezifischen
Bedürfnisse, diese Dinge möglicherweise seltener entsorgt werden.
Da haben sie sozusagen ein Produktlebenszyklus mit drin und dass die
Leute länger damit hantieren, damit umgehen.
Und gerade so ein Punkt, weswegen ich so ein bisschen skeptisch bin
und man bei jedem Verfahren eigentlich gucken muss, inwieweit dieses
Umweltentlasten liegt, an einer ganz einfachen Geschichte.
Wir hatten vor einiger Zeit tatsächlich so eine Ökobilanz gemacht, um
zu schauen, was ist denn jetzt eigentlich besser.
Etwas, was aus der Wasserproduktion kommt oder etwas, was aus dem 3D
-Druck kommt.
Egal, ob man das jetzt zu Hause macht oder ob man das irgendwie
bestellt.
Es war damals ein ziemlich einfaches Beispiel, was aber exemplarisch
durchaus relevant ist.
Und zwar hatten wir so eine Handyschale, also so eine Schutzschale für
das Handy analysiert.
Dort hatten wir auch so ein Stück weit die Daten dafür bekommen, was
da für Input entsteht bei der Massenproduktion bzw.
eben bei der individualisierten Produktion zu Hause.
Und im Ergebnis waren die Unterschiede eigentlich begrenzt.
Also man konnte nicht sagen, ja, der 3D-Druck zu Hause und die
Handyschale, die wir damit drucken, die hätte die Vorteile.
Oder auch die Produktion in einem 3D-Druckzentrum, das wäre
vorteilhaft gegenüber dem, was bei der Massenproduktion in Asien
passiert.
Nein, die entscheidende Stellgröße war eigentlich eher die, dass
möglicherweise das Produkt den eigenen Wünschen so angepasst ist, dass
man es möglicherweise länger nutzt.
Aber das ist eine Annahme und Hoffnung, weil es könnte auch genau das
Gegenteil der Fall sein.
Also insofern ist tatsächlich einerseits der Vergleich nicht so
einfach und andererseits läuft der Vergleich nicht unbedingt auf 3D
-Produkte hinaus.
Ja, hinterdrucke ich mir die Handyhülle immer wieder neu, weil ich
doch noch was anpassen möchte.
Wenn Sie es eben so sehen, 3D-Druck, also gerade für Kinderschüler,
Berufsschüler und Ähnlichem, hat es eine unglaubliche Faszination,
dass man im Prinzip die Sachen selbst ausdrucken kann.
Und das Problem dabei ist, dass das meiste einfach neuer Abfall ist,
der da produziert wird.
Ja, ich finde, das ist ein spannender Punkt, weil Sie haben das jetzt
eigentlich ganz gut schon angesprochen.
Ich finde die Innovationspotenziale durch 3D-Druck natürlich auch
wahnsinnig spannend.
Und was mich aber immer so ein bisschen stutzig macht, wenn man zum
Beispiel mal in einer Forschungseinrichtung ist und die besucht oder
so, dann kriegt man ja oft irgendwelche Anschauungsexemplare in die
Hand.
Das ist dann eben auch oft irgendwie, weiß ich nicht, ein
Schlüsselanhänger aus Plastik oder so.
Und da sind wir ja genau bei dem Punkt, dass Kunststoffe und Plastik
da als Material wirklich oft genutzt werden, die eben jetzt, Sie haben
es gerade auch gesagt, mit dem auseinanderbekommen.
Das ist ja eigentlich ein großes Thema, dass Stoffe dann später wieder
vielleicht so schon zusammengeklebt sind, dass man die eben nicht
nochmal verwenden kann.
Aber wenn wir jetzt auf das Plastik an sich kommen, das ist ja nichts
anderes als Erdöl.
Und da sind wir auch gerade, kriegen wir ja gerade mit, was das
eigentlich nicht nur klimatechnisch für eine Krise ist, aber jetzt
wirklich aus Nachhaltigkeitssicht, ist das ja alles andere als
zukunftsweisend.
Also wie stehen Sie dazu, dass das so oft das Material der Wahl ist
oder weil es einfach noch nicht wirklich so viele Alternativen dann
gibt im 3D-Druck?
Also die Materialauswahl ist tatsächlich relativ breit.
Sie haben Laser-Sinter-Verfahren, wo Metall genutzt werden kann und so
weiter und so fort.
Und insofern ist es an vielen Stellen unterwegs, aber auch dort
entsteht das ähnliche oder gleiche Problem.
Zu der Frage Plastik stimme ich Ihnen zu.
Es ist wirklich wie Schuppen von einem Augenfels ein, wenn man
heutzutage, auch glaube ich gestern wieder so im Bericht, wie
Mikroplastik sich überall wiederfindet, in der Antarktis und sonst wo.
Und dass man dieses Problem über lange Zeit nicht wahrgenommen hat
oder nicht wahrnehmen wollte.
Und dass tatsächlich jetzt eine Kurve rückwärts in Bezug auf Plastik
erforderlich sein wird.
Wobei entscheidend, also aus meiner Sicht, ist tatsächlich, wenn es
Werkstoffe, also Werkzeuge und Werkstoffe sind, die produziert werden,
ist es möglicherweise weniger problematisch, als wenn, sage ich mal,
Mikroplastik, sage ich mal Duschgels auf Fußballplätzen, also wo
tatsächlich die Plastikrasen eine Rolle spielen.
Dass dort direkt... Oder der Fußabrieb das freisetzt.
Genau, dass das eben freigesetzt wird, also auch Autos mit Reifen.
Und das ist dann so diffundiert, während solide Produkte
möglicherweise genutzt werden können, ohne dass diese Effekte
auftreten, dass eine Diffusion kommt.
Und dann möglicherweise die Chance besteht, tatsächlich einen echten
Recyclingprozess wieder auf den Weg zu bekommen.
Weil Recycling ist natürlich im Moment auch der Punkt, wo die
Industrie versucht, okay, von dem eigentlichen Problem abzulenken,
Plastik in der Umwelt, hin zu, wir können das managen, wenn wir es nur
richtig machen.
Und ob das auf Dauer geht, ist eine offene Frage.
Aber, sage ich mal, im Bereich 3D-Druck gibt es tatsächlich die
Bemühungen, einerseits solche Stoffe zu nutzen, die auch
wiederverwendbar sind.
Und dass dort sozusagen ein Stück weit so ein Recycling möglich ist.
Und auf der anderen Seite zu schauen, dass Diffusion dieser Stoffe
begrenzt werden kann.
Aber das ist natürlich alles noch ein Stück weit Zukunftsmusik und
müsste eigentlich erst nachgewiesen werden, inwieweit das funktioniert
und klappt.
Weil eigentlich haben sie recht, wenn man sich vorstellt, dass überall
in den Haushalten jetzt die 3D-Drucker stehen, ist es quasi natürlich,
dass die entsprechenden Produkte ubiquitär werden und sozusagen einen
zusätzlichen negativen Impact auf die Umwelt haben kann.
Ja, das mit dem Plastik als Material war jetzt auch eher auf die
Menschen zu Hause gemünzt, dass in der Industrie und in der Wirtschaft
da auch schon tolle andere Sachen erforscht werden und auch genutzt
werden.
Genau, das ist ja so.
Dann lassen Sie uns mal gerne mal Richtung Ende kommen, denn Sie haben
das gerade schon so ein bisschen die Zukunftsmusik angepriesen.
Es gibt ja seit etwa, wenn wir rückblicken, seit etwa zehn Jahren
schon eben Versprechen dazu, dass 3D-Druck die industrielle Produktion
revolutionieren wird.
Und da haben Sie schon über Flexibilität gesprochen und eben die
regionale Produktion oder Dezentralisierung könnte man jetzt auch
sagen, dass man eben dann dezentral drucken kann.
Angenommen, wir würden jetzt mal zehn Jahre weiterspringen, also jetzt
ins Jahr 2032, also nicht zurück, sondern nach vorne.
Was würden Sie sich da denn für ein Status Quo wünschen?
Ich würde erst mal sagen, was wird als Status Quo gehandelt, also als
künftiger Status Quo gehandelt.
Und das ist sozusagen ein bewegliches Ziel, sage ich mal.
Es gibt so Überlegungen, ja, da könnte tatsächlich der große Sprung
ansitzen, der aber noch nicht dazu führt, dass 3D-Druck oder Additives
produzieren, dass es zu der zentralen Produktionstechnologie wird.
Also in der Diskussion ist im Moment eher, wie stark wird 3D-Druck in
den jeweiligen Nischen expandieren können.
Und ein paar hatte ich ja genannt, einerseits Luftfahrt und Raumfahrt,
andererseits Medizintechnik und letztlich auch in der
Automobilindustrie, dass dort einiges passiert.
Und wenn ich mir was wünschen dürfte, das bieten Sie mir hier an.
Auf jeden Fall.
Fände ich es tatsächlich äußerst charmant, wenn es gelingen würde,
tatsächlich diese Maker-Kultur zu nutzen und diese zu befähigen,
tatsächlich 3D-Druck in stärkerer Form nachhaltig einzusetzen.
Und im Prinzip diese Maker-Kultur ergänzt um eine
Nachhaltigkeitskultur, die eben auch sehr genau darauf achtet, was ist
denn eigentlich unter heutigen Bedingungen noch als nachhaltig
anzusehen, weil auch das ist ja ein bewegliches Ziel.
Was heißt, mich würde mir tatsächlich eine Demokratisierung der
Produktionsmittel vorstellen können, was ja auch ein Stück weit
passiert, und zugleich eine verantwortungsvolle Nutzung der
Technologie, was dann eben auch heißt, möglicherweise einmal weniger
zu produzieren als mehr und möglicherweise dann eine Produktion zu
haben, die dem, was wir uns noch leisten können, irgendwo angemessen
ist.
Und das wäre sozusagen der ideale Traum.
Und ein paar Pfade gibt es ja jetzt gerade, die so ein bisschen
aufzeigen, dass es in die Richtung gehen könnte.
Das eine ist, wir haben das im Bereich Corona gerade festgestellt.
Ich habe da mal geschaut im Rahmen einer Studie, was haben eigentlich
die 3D-Drucker salopp formuliert, was haben die eigentlich gemacht.
Und das war tatsächlich höchst interessant.
Es war ja deutlich, dass vielfältige Produkte nicht zur Verfügung
standen, also Masken und ähnlichem, also so Pfennigartikel.
Und an der Stelle sind die Maker und die 3D-Drucktechnologen auf den
Weg gegangen und haben geguckt, was können wir machen.
Das waren dann die Face Shields, die sie entwickelt haben.
Es sind teilweise auch Produkte für Beatmungsmaschinen produziert
worden.
Und was besonders interessant war, dass sich so regionale Akteure
zusammengeschlossen haben.
Also, dass die Maker, aber auch Unternehmen und Wirtschaftsförderer
geguckt haben, welche Bedarfe haben die Krankenhäuser und was kann man
da machen, dass da so ganz andere Innovationssysteme entstanden sind,
die jetzt nur zeitweise waren, aber die sozusagen aufgezeigt haben,
welches Potenzial dort existiert.
Der zweite Punkt, der dort eine Rolle spielt, ist natürlich der, dass
viele Lieferketten abrupt unterbrochen waren und mit der Folge, dass
auch teilweise Pfennigartikel dazu führten, dass Anlagen stillgelegt
werden mussten.
Und dass das zu einer Veränderung auch der Planung oder Überlegung von
Unternehmen führen kann.
Nämlich zu sagen, wie schaffen wir es über solche Unterbrechungen da
durchzukommen und sozusagen nicht, wenn eine Zulieferung nicht mehr
stattfindet, unsere eigenen Anlagen stilllegen zu müssen.
Also diese Just-in-Time-Idee ist stark ins Wanken gekommen und die
kann man natürlich durch Diversifizierung der Zulieferer ein Stück
weit beheben.
Aber wichtig wäre eben auch zu schauen, inwieweit solche
Produktionstechnologien wie 3D nicht tatsächlich eine Rolle spielen
können.
Das wäre so ein direkter Effekt auch aus Corona gewesen.
Sehr viel stärker nochmal in diese Richtung zu gucken.
Und wenn Sie die heutige Zeit angucken, wo nach meiner Auffassung die
goldene Zeit der Globalisierung vorbei ist, also durch die Ukraine
-Krise, durch China, dass es zunehmend kritisch gesehen wird, was dort
passiert und dass die Tendenzen, die in Richtung der Globalisierung
sich die ganze Zeit schon ein Stück weit andeuten, eine größere Rolle
spielen können.
Und auch dies, so denke ich, könnte tatsächlich einen Schub für diese
Art der Technologie geben.
Unabhängig davon bleibt aber der Tatbestand bestehen, dass die Technik
alleine die Umweltprobleme einfach nicht lösen kann.
Es geht im Prinzip auch darum, weniger zu haben und andere Produkte zu
haben.
Und das ist, glaube ich, sozusagen die zentrale Herausforderung.
Also man wird gewisse Entkopplung von Wirtschaftswachstum und
Umweltbelastung durch 3D-Druck möglicherweise auf den Weg bekommen
können, wie eben auch die ganzen anderen Technologien der sogenannten
vierten industriellen Revolution, wo 3D-Druck ein wichtiges Element
ist.
Dass diese Technologien Potenziale bieten, aber diese letztlich durch
einen politischen Rahmen geframed werden müssen.
Politischer Rahmen könnte heißen, tatsächlich die planetaren Grenzen
im Sinne von CO2-Budget einhalten, dass die sozusagen gesetzt werden
müssen, weil die Produktionstechnik alleine kann es nicht lösen.
Und es braucht sozusagen eine Richtungssicherheit, in welche Richtung
sollte sich Technologie entwickeln.
Und dort könnte tatsächlich 3D-Druck eine relevante Rolle spielen.
Sie haben das jetzt schon so schön skizziert.
Normalerweise ist meine Abschlussfrage nämlich immer, wieso sollten
wir als Gesellschaft über 3D-Druck und jetzt in diesem Fall dann unser
heutiges Thema nachhaltige Produktion sprechen.
Aber eigentlich haben Sie das jetzt schon ganz gut verdeutlicht.
Es ist, auch wenn der 3D-Druck an sich natürlich ein Nischenthema ist,
was nicht so die allgemeine Bevölkerung unbedingt erstmal umtreibt,
ist es aber dann doch ein gesellschaftlich relevantes Thema, oder?
Ich würde sagen, höchst relevant, weil die Frage ist ja, mit welchen
Technologien können wir in die Zukunft gehen?
Und zwar Technologien, die eben diese Externalitäten, wie der Ökonom
so sagen würde, deutlich weniger hat und nach Möglichkeit vermeidet.
Und in diesem Kontext ist eben zu sehen, was kann die Rolle von 3D
-Druck sein?
Und die eine Idee war ja tatsächlich Demokratisierung der Produktion,
die dann auch die Frage der Verantwortung stärker stellen muss, also
wie viel brauchen wir?
Und auf der anderen Seite, innerhalb der planetaren Grenzen, wenn die
politisch gestaltet oder vorgegeben werden, wie können dann
Produktionen, Produkte, wie müssen die aussehen?
Und einen Punkt hatten wir ja die ganze Zeit schon.
Einerseits wird es darum gehen, dass die Produkte energieeffizienter
sein sollten.
Zweitens wird es so sein, dass auch die Produktionsprozesse
energieeffizient sein müssen und vor allen Dingen, dass das Ganze auch
kreislaufwirtschaftsfähig ist, weil das ist natürlich ein weiterer
großer Punkt, der in den Blick genommen werden muss.
Und da steht das gesamte Produktionssystem in einem großen
Spannungsverhältnis und dies betrifft allerdings auch den 3D-Druck,
der auch sozusagen sein Greening noch vorantreiben muss.
Wobei ich sagen würde, dass am Beginn einer neuen Technologie nicht
gleich die Nachhaltigkeit mit in den Blick geraten kann, ist
verständlich.
Aber sobald sie, wie jetzt im 3D-Druck, doch so langsam erwachsen
wird, ist es elementar, dort direkt einzusteigen und neue,
nachhaltigere Formen der Produktion, auch des 3D-Drucks und der
Produkte auf den Weg zu bekommen.
Herr Petschow, das war ein richtig aufschlussreicher Einblick, ein
heute kritischer Einblick, aber den wollten wir auch mal auf den 3D
-Druck werfen, diesen Blick.
Also vielen, vielen herzlichen Dank für Ihre Zeit.
Ich bedanke mich.
Herr Petschow hat passenderweise die wichtigsten Punkte zum Einsatz
des 3D-Drucks in der Industrie bereits zusammengefasst.
Obwohl der 3D-Druck oft als Schlüsseltechnologie im Kampf für
Nachhaltigkeit angepriesen wird, hat die Technologie noch einige
Hürden zu überwinden und wird auch nicht allein all unsere
Umweltprobleme lösen können.
Eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine zukunftsfähige
Produktion ist die Verwendung von Materialien, die restlos
wiederverwendet oder eben abgebaut werden können.
Das gilt für 3D-Druck und konventionelle Fertigungsverfahren
gleichermaßen.
Auch sollten wir als Gesellschaft insgesamt weniger produzieren, damit
weniger entsorgt und recycelt werden muss.
Mit den verschiedenen Materialien für den 3D-Druck ist Clara Vazquez
-Martel bestens vertraut.
In ihrer Forschung konnte sie sogar erfolgreich gewöhnliches
Pflanzenöl als Material für den 3D-Druck verwenden.
Das möchte ich jetzt natürlich genauer wissen.
Hallo Frau Vazquez-Martel.
Hallo, hallo Frau Rogge.
Sie sind Doktorandin im Exzellenzcluster 3D Matter Made to Order und
Sie arbeiten am Organisch-Chemischen Institut der Universität
Heidelberg an der Entwicklung neuer Methoden zur Charakterisierung 3D
-gedruckter Mikrostrukturen.
Und bevor wir gleich genauer auf Ihre Arbeit eingehen, habe ich eine
kleine Verständnisfrage dazu.
Also Mikrostrukturen, das ist mir mittlerweile ein Begriff.
Das ist ja auch so, wie der Name vermuten lässt, eben die sind
mikroskopisch klein.
Ich brauche dafür ein Hilfsmittel wie ein Mikroskop, um die überhaupt
zu erkennen.
Aber warum braucht es neue Methoden zur Charakterisierung dieser 3D
-gedruckten Mikrostrukturen?
Genau, also das ist alles richtig, was Sie gesagt haben.
Und zwar die Mikrostrukturen, die verhalten sich wahrscheinlich anders
als makroskopische Strukturen.
Und deswegen muss man dadurch, dass sie so mikroskopisch klein sind,
kann man die nicht in eine normale Anlage, wo man z.B.
In der Ingenieurwissenschaft macht man sehr gerne Zugversuche, um die
mechanischen bzw.
die elastischen Eigenschaften von Materialien zu charakterisieren.
Und da braucht man was Makroskopisches.
Und dann, wenn man so etwas ganz Kleines hat, muss man, wie Sie schon
ganz richtig gesagt haben, mit einem Mikroskop und mit angepassten
Methoden an das Material kommen.
Und dann gucken, verhält es sich analog wie in der makroskopischen
Welt oder spielen hier andere Gesetze eine Rolle oder spielt hier z.B.
Legometrie eine viel wichtigere Rolle?
Okay, und da kommt eben dann auch der 3D-Druck zum Einsatz.
Jetzt wollen wir natürlich über Ihre Arbeit mehr erfahren.
Inwiefern spielt der 3D-Druck in Ihrer Arbeit eine Rolle?
Der 3D-Druck ist schon zentral in meinem Leben, tatsächlich seit
meinem Bachelor-Studiengang, kann ich schon sagen.
Und zwar, ich fand das 3D-Druck immer sehr spannend und ich fand, es
hat so große Potenzial, unsere heutige Produktionskette und die
Wissenschaft allgemein zu verändern, dass ich schon immer Teil sein
wollte.
Und in dem Sinne spielt der 3D-Druck für mich eine Rolle.
Ich war vor einer Stunde am 3D-Drucker, das heißt, es geht darum, dass
wir die 3D-gedruckten Strukturen auch charakterisieren.
Und zwar beim 3D-Druck haben wir Kontrolle über alle Parameter, die an
dem Drucker so sind.
Wir können von Punkt zu Punkt die Druckparameter ändern und anpassen.
Und wir wollen auch wissen, wie beeinflussen wir die Materialien mit
dem 3D-Druck.
Können wir da zum Beispiel Zusammenhänge erstellen?
Wie können wir zum Beispiel durch veränderte Parameter an dem Drucker
die Materialigenschaften vielleicht etwas elastischer machen oder
etwas ein bisschen weniger elastisch?
Oder in dem Sinne auch ein bisschen härter oder weniger nachgiebiger
oder mehr nachgiebiger?
Und darum geht es ja.
Sie sind auch, genau, das muss man vielleicht noch dazu sagen, dann
wirklich Materialwissenschaftlerin und Ingenieurin.
Und die Nachhaltigkeit, darüber wollen wir heute ja besonders
sprechen, die spielt bei Ihnen und in Ihrer Forschung auch eine Rolle.
Wie sind Sie denn dazu gekommen, dass Sie dann gesagt haben, ja, 3D
-Druck, das fasziniert mich, aber ich will eben auch die nachhaltige
Produktion da mit reinbringen?
Wie gesagt, ich bin schon seit meinem Bachelor von 3D-Druck fasziniert
und ich habe an viele HIWI-Tätigkeiten, ich habe auch in meinem
Betriebspraktikum mit 3D-Druck gearbeitet und ich habe wirklich mit
fast allen Materialklassen, außer Metalle, habe ich 3D gedruckt.
Also Polymerien, ich habe Keramiken, Gläsern, ich habe sogar auch
Spätzle, Teig und Schokolade gedruckt.
Und dann war tatsächlich immer meine Frage, wie könnte der 3D-Druck
gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren noch besser sein?
Und wenn wir über 3D-Druck denken und Nachhaltigkeit, das ist
eigentlich sehr, sehr nah verbunden.
Beim 3D-Druck werden die Bauteile ja Schicht für Schicht durch das
selektive Auftragen von Material in irgendeiner Form, wie ich erwähnt
habe.
Es kann ein Pulver sein, es kann ein Filament oder in meinem Fall ein
flüssigen Polymerharz oder sogenannte Tinte oder Ink auf Englisch.
Und durch diese selektive Auftragung von dem Material sparen wir schon
ganz viel Material.
Das heißt, wenn wir an andere Herstellungsverfahren wie eine CNC
-Fresse, wo man einen Klotz tatsächlich an einem Metall und dann
spannend bearbeitet und Material entfernt, kommt es dazu, dass wir
dabei Material verlieren.
Oder wenn wir an Formen, formative Fertigung denken, da braucht man
halt eine Form, um dann das Material bzw.
den Bauteil herzustellen.
Und in der Natur entstehen Strukturen eher additiv, so wie in der
additiven Fertigung.
Also wenn wir an eine Spinne denken, die ihren Spinnbeben baut, die
nimmt nicht einen ganz großen Klotz Spinnbeben und tragt
Spinnbebenmaterial ab, sondern oder ein Muscheltier macht das nicht
abtragen, wie die Römer das mit ihren Statuen gemacht haben, sondern
die geben durch den vorhandenen Ressourcen, die sie haben, was sehr
einfache Ressourcen sind, so Wasser, Licht, man hat Calcium, Karbonat
oder man hat Flächen im Wasser auch andere Mineralien.
Und durch diese ganz einfachen Ressourcen, die man hat, die auch
nachhaltig sind, bauen, fügen sie Material, wo es nötig ist.
Und das ist genau nachhaltigen 3D-Druck, dass wir es schaffen, mit
Materialien, die auch nachhaltig und biobasiert sind, die Natur ein
bisschen nachzumachen.
Und das fand ich tatsächlich für mich das Wichtigste.
Das war der nächste Schritt.
Okay, ich kann 3D-Drucken, ich kann fast alles drucken.
Wie können wir das jetzt nachhaltiger machen?
Weil nur, wenn 3D-Druck nachhaltig wird, nur dann könnten wir ein
wirklich smartes, modernes Fertigungsverfahren haben, in dem Sinne.
Dann ist das selektive Auftragen so ein bisschen die Minimal Waste
oder Zero Waste Variante.
Genau, ganz genau.
Und wenn wir schon davon ausgehen, dass an sich das Verfahren Zero
Waste ist, wenn wir noch dazu noch eine Runde, diese Schraube noch
eine Runde drehen und sagen, okay, die Materialien, die wir benutzen,
sind auch nachhaltiger, dann kommt dieses ganze nachhaltige Konstrukt
zum Spiel und es fängt an, dass wir wirklich wie die Natur Materialien
oder beziehungsweise Objekte bauen.
Jetzt wird aktuell leider nicht so viel mit Spätzle getrunken, sondern
es gibt da so ein Material, das ist sehr bestimmend, oder Materialien.
Sie würden von Polymeren sprechen, wir im Allgemeinen sagen so gerne
mal Plastik dazu.
Ich habe mal nachgeguckt, laut Statista.com wurden jetzt im Jahr 2019
weltweit ca.
368 Millionen Tonnen Kunststoff produziert und davon rund 18 Millionen
Tonnen Plastik in Deutschland, was auch eine Menge ist.
Wir täten also in allen Bereichen gut daran, wirklich Alternativen zu
Plastik zu finden und die dann auch wirklich nachhaltig zu nutzen.
Warum ist Plastik oder sind Polymere als Material aktuell im 3D-Druck
noch so bestimmt?
Ich würde es tatsächlich allgemeiner formulieren, wenn wir uns jetzt
gerade umgucken, so viel in unserem Leben ist mit Polymeren verpackt.
Ich habe manchmal das Gefühl, dass Polymere in den Medien sehr einfach
banalisiert werden und man denkt immer, Polymere seien schuld,
beziehungsweise Kunststoffe oder Plastik seien schuld an der
Verschmutzung.
Aber wir vergessen, wie viel Polymere uns weiter in der Entwicklung
gebracht haben, zum Beispiel Leichtbau in der Automobil- und
Luftraumindustrie.
Wir könnten wahrscheinlich nicht so fliegen, wie wir heutzutage
fliegen oder fahren ohne Polymere, ohne Kunststoffe.
Isolierung von Kabeln, dass ich gerade mit ihnen rede, hängt davon ab,
dass ich ganz viele Kabel um mich herum habe hier vor meinem Laptop
und es klappt und ich mich dabei keinen Kurzschluss kriege.
Auch Behälter, um Lebensmittel langgehaltbar zu machen oder durch die
Pandemie alle einwegbaren Materialien sind auf Kunststoffbasis,
Testkisten, die Masken, alles war aus Polymeren und diese Materialien
sind einfach für mich ein Wunder und wir können sie so verändern, wir
können sie so anpassen an die Anwendung, die wir möchten und deswegen
denke ich, dass sie auch in 3D-Druck so zentral sind.
Weil sie allgemein im Leben so zentral sind und wenn wir in der Lage
sind, diese Polymere, die unser Leben so viel vereinfachten und so
viel vereinfacht haben, denke ich einfach nur an die Medizintechnik,
wie würden sie sich spritzen lassen, wenn die Impfung in einen
mehrfach benutzten Behälter wäre?
Ich weiß nicht, ob das so wäre und das ist alles dank Polymere, alles
dank Plastik und ich will diese Materialien so ein bisschen nicht so
böse machen, wir müssen sie einfach gut machen, dafür brauchen wir
halt nachhaltige Lösungen, wie sie auch gesagt haben und wir müssen
auch darüber nachdenken, dass diese Vielseitigkeit und diese
Langlebigkeit, die Polymere während ihren funktionalen Leben so
attraktiv machen, ist aber ein großes Hindernis, wie wir sehen, es
bleibt in der Natur ewig.
Man hat sogar Mikroplastik im Fetus gefunden schon und überall auch im
Weltall und nur knapp 20 Prozent der weltweiten Polymere-Fälle, denke
ich, wenn ich richtig liege, weltweit, werden recycelt, den Rest wird
nicht recycelt und wenn wir schon durch 3D-Druck es schaffen, so ein
bisschen Zero Waste oder Minimal Waste-Herstellungsverfahren, da
sparen wir uns viel Mühe, aber wenn wir es auch schaffen, dass das,
was wir produzieren, auch abbaubar wird oder in eine andere Form in
der Wirtschaft, in der Kreislaufwirtschaft eingeführt wird, dann wäre
das perfekt, weil wenn wir auf technologischen Fortschritt nicht
verzichten müssen, dann müssen Polymere ein Teil der Lösung sein.
Deswegen denke ich, dass es so zentral auch im 3D-Druck ist.
Ja, das war ein wichtiger Exkurs, weil es gibt natürlich ganz viele
wichtigere, tolle Erfindungen, die dank Polymeren stattgefunden haben
und es ist dann vielleicht eher der Umgang damit, also wenn uns jetzt
ein Kabel kaputt geht und wir uns da nicht unterhalten können, ist die
Frage, was machen wir mit dem kaputten Kabel und wo landet das dann?
Wo sind die ganzen Verpackungen vielleicht drumherum dann noch?
Ja, total.
Ja, vielen Dank dafür.
Das ist auf jeden Fall ein wichtiger Punkt.
Welche Ansätze gibt es denn da noch in der Forschung, 3D-Druck
nachhaltiger zu machen?
Genau, also ich habe ein bisschen so darüber gesprochen.
Es gibt vier Hauptansätze, um 3D-Druck nachhaltiger zu machen.
Das erste wäre, dass man verbesserte Prozesse und Hardware wirklich
programmiert und macht, die die Produktion von Abfällen oder
Unerwünschen neben Produkten beim 3D-Druck minimiert.
Weil wie Sie auch schon oder wie wir jetzt im Gespräch mehrmals gesagt
haben, am nachhaltigsten ist es, Abfälle zu vermeiden.
Also nicht mal die zu entsorgen, sondern einfach zu vermeiden ist am
nachhaltigsten.
Und wenn man den Prozess an sich viel nachhaltiger macht, dass man
wirklich sagt, okay, diesen Überschuss konnte man sparen, dass man
softwaretechnisch das realisiert, das ist ein Ansatz.
Der andere Ansatz wäre, dass man erneuerbare Rohstoffe für die
Polymeren findet.
Das ist so ein bisschen das Thema, was ich in meiner Masterarbeit
behandelt habe.
Da habe ich alternative Rohstoffe für 3D-Druckmaterialien, Polymeren,
3D -Druckmaterialien gesucht und entwickelt.
Das dritte Ansatz wäre, dass man End-of-Use-Options, das heißt so, das
heißt, dass man die nächste Generation von den Materialien zur
Wiederverwendung oder zum Recycling findet.
Und ich habe, ich denke, letzte Woche oder vor zwei Wochen in der
Tagesschau eine Firma gesehen, das ist jetzt nicht mit Polymeren
direkt zu tun, aber die produzieren nachhaltige Paketboden und
Holzmöbel.
Und ihr Konzept ist sehr interessant.
Wenn der Paketboden oder die Möbel kaputt sind, dann kümmern sie sich
darum, das, was du hast, das ist dein Paket und dein Möbel, in
Holzspannen umzuwandeln und dann können sie daraus wieder
Holzspannenmöbel machen.
Das heißt, statt dann diesen Möbel, wie sie jetzt mit dem Kabel gesagt
haben, direkt wegzuschmeißen und dann ganz viel Abfall oder
verbrennen, wird es nochmal anderwertig verwendet.
Und das könnte man vielleicht beim 3D-Druck auch machen, wenn wir an
den Fused Filament Fabrication, das ist dieses 3D-Druckverfahren, wo
wir mit einem Filament aus einem Thermoplast, das ist ein Polymer,
welches wiederverschmelzbar ist, was drucken.
So könnte man sich vorstellen, okay, wie wäre es, wenn wir, nachdem es
kaputt gegangen ist oder nicht mehr Verwendung hat, man wieder das in
Filament umwandelt und man kann das wieder drucken und so weiter und
so fort.
Das wäre der dritte Ansatz.
Und der vierte Ansatz wäre, dass man tatsächlich Anwendungen in der
Nachhaltigkeit findet, sowas wie Design for Degradation, ein Material,
welches, falls es in der Natur gelangt, kein Problem darstellt oder im
besten Fall es gewünscht ist, dass es in der Natur gelangt, weil es
zum Beispiel als Kompost dient.
Und dazu gibt es schon viele Ansätze, wie diese tollen Kaffeetassen.
Einweg war so aus Papier, so Pappkaffee.
Und das sind auch manchmal so Sammen in den Komposten, das ist
kompostierbar und genau.
Und sowas sind die so vier Ansätze im 3D-Druck.
Ja, spannend.
Und Sie haben das gerade schon angesprochen.
Sie haben unter anderem nämlich selber auch ein Paper gemacht, also
eine vergleichende Studie war das, wo Sie über Pflanzenöle als
nachhaltige Tinten geschrieben haben in der additiven Fertigung.
Und da wurden fünf Öle verglichen, wenn ich das richtig gelesen habe,
nämlich Sonnenblumen, Raps, Sojabohnen, Oliven und Sesam.
Und das klingt wirklich nach einer sehr ungewöhnlichen Art und Weise.
Wie setzt man Pflanzenöle im 3D-Druck als Tinte ein?
Vielen Dank.
Und zwar, meine Idee war, Pflanzenöle sind ja aufgrund der breiten
Verfügbarkeit und dem niedrigen Preis sehr attraktive Rohstoffe.
Es ist jetzt nicht ein Rohstoff, den man extra finden oder sehr selten
ist.
Und das ist schon ein sehr nachhaltiger Punkt.
Man kann das in jedem Supermarkt sehr billig kaufen.
Also ich habe wirklich für meine Masterarbeit hier im Rebe nebenan
meine Öle gekauft und mit denen habe ich dann auch 3D gedruckt.
Und um das zu verstehen, wie man das einsetzt, muss man sich auch die
molekulare Strukturen von den Pflanzenölen.
Und Pflanzenöle bestehen hauptsächlich aus 3 Glycerinen.
Das sind Estern, die sich von Glycerin und 3 Fettsäuren ableiten.
Wenn man diese Moleküle sich so vorstellt, die sind unterschiedlich
ungesättigt.
Das heißt, das kennt man vielleicht aus Blutanalysen, dass man so
gesättigte Fettsäuren und keine ungesättigten und so.
Das heißt, diese Moleküle haben unterschiedlich viele Doppelbindungen.
Und diese Doppelbindungen sind perfekte Stellen, die man chemisch sehr
einfach modifizieren kann.
Das heißt, obwohl die Moleküle an sich nicht reaktiv genug sind, dass
ich daraus direkt ein Polymer, einen Drucker mache, kann ich dieses
Molekül so einfach funktionalisieren.
Ich stelle mir das so wie einen Lego-Baustein.
Man kann sich das vorstellen, dass das Öl wie ein Lego-Baustein ist,
ohne diese kleinen Knöpfchen.
Und ohne diese Knöpfchen kannst du diese Legos nicht aneinander
benutzen, wie Legos zu tun sind.
Aber die haben sozusagen die Stelle.
Also ich weiß, okay, ich kann da was, eine Ausstülpung.
Ich kann da diese kleinen Knöpfen bauen.
Das sind dann meine Triglyceriden.
Und dann kann ich das Polymer.
Das Polymer wäre dann, wenn ich ganz viele Lego-Bausteine aneinander
klebe.
Das heißt, diese Moleküle, die Triglyceriden aus den Pflanzenölen
bestehen, sind die perfekte Plattform, um sehr interessante und sehr
chemisch interessante Moleküle herzustellen, die in meinem Sinne 3D
gedruckt werden.
Was ich gemacht habe, was auch in der Publikation ist, ich habe eine
sehr direkte Funktionalisierung mit Acrylate-Gruppen.
Das heißt, am Ende habe ich Pflanzenölacrylate tatsächlich
synthetisiert.
Und diese Acrylate, das kennt man vielleicht aus Wörtern wie
Polymetacrylate, das sind so sehr interessante Moleküle, die sehr gut
polymerisiert werden können, habe ich dann die 3D gedruckt.
Und das heißt, ich habe diesen Rohstoff ein bisschen angepasst an
meiner Anwendung.
Dann habe ich mir diesen neuen biobasierten Acrylat auch näher
angeschaut, charakterisiert, wie kann ich das am besten 3D drucken.
Und dann, wie man auf der Publikation auch sieht, habe ich es durch
das Analysieren geschafft, dass ich perfekte Druckparameter gefunden
habe oder optimale Druckparameter gefunden habe, sodass auch sehr
komplexe 3D-Strukturen möglich sind.
Cool.
Und wenn ich mir das jetzt nochmal vorstelle, also ich versuche es mir
gerade bildlich vorzustellen, wie lange dauert dann so ein Prozess?
Wie lange muss dann eine Schicht von diesen Ölen trocknen?
Das dauert sehr kurz.
Also eine Schicht beim 3D-Druck zu drucken dauert bei mir so eine bis
drei Sekunden.
Das heißt, das ist auch ein wichtiger Punkt beim 3D-Druck, wenn man
pro Schicht sehr lange braucht, dann ist auch der Prozess nicht mehr
so effektiv.
Dann denkt man, vielleicht ist es durch ein herkömmliches Verfahren
ein bisschen besser.
Und je pro Schicht sind es so eins bis drei Sekunden und dann so genau
so einen Druck kann vielleicht so eine eins bis sechs Stunden dauern,
je nachdem wie hoch dein Bauteil ist, weil die Zeit wird durch die
Höhe des Bauteils bestimmt.
Je weniger Schichten du brauchst, um diese Höhe zu machen, desto
schneller bist du fertig.
Und wird das weiterverfolgt oder war das erst mal nur ein Paper?
Ja,
super.
Vielleicht hören wir dann eines Tages von Ihren Ölen in der
Tagesschau, die dann 3D gedruckt werden.
Das wäre schön.
Abschließend habe ich immer zwei Fragen, die ich allen Gästinnen und
Gästen stelle.
Und die eine lautet, was wünschen Sie sich im Bereich des nachhaltigen
3D -Drucks in zehn Jahren ungefähr?
Ich wünsche mir Nachhältigkeit in allen Ebenen des Prozesses.
Das heißt von der Wahl der Rohstoffe zu den Materialien und den
Hardwaren und Funktionen bis hin zu End of Life und Recycling.
Das heißt, dass wir es schaffen, so einen perfekten Kreislauf zu
haben, wie diese Spinne, die in Spinnweben baut und danach auch
biobaubar ist, wünsche ich mir, dass wir irgendwann, so wie diese
Spinnwebe, auch unsere Materialien so bauen können mit dem, was wir
haben, ohne mehr und ohne weniger zu verbrauchen.
Ja, da haben Sie uns heute einen guten Einblick gegeben.
Und die letzte Frage.
Wir haben jetzt zu zweit ein bisschen darüber gesprochen, über 3D
-Druck und nachhaltige Produktion.
Aber warum ist das nicht nur ein Nischenthema, sondern wieso sollten
wir als Gesellschaft generell über 3D-Druck und nachhaltige Produktion
sprechen?
Weil damit wir das enorme Potenzial von 3D-Druck ausnutzen können,
muss es an jeden von uns gelangen.
Also es muss komplett demokratisiert werden.
Und wir müssen in der Lage sein, unseren technologischen Fortschritt
nachhaltiger zu gestalten.
Und dafür brauchen wir 3D-Druck und dafür brauchen wir auch diesen
Gespräch in der Gesellschaft.
Weil ich denke, wenn die Idee in der Gesellschaft kommt, wenn es
demokratisiert ist, wenn jeder mal damit arbeiten kann, schaffen wir
es auch.
Viele tolle Ideen, die wir vielleicht noch nicht hatten.
Zum Beispiel kann man von einem ganz anderen Gesichtspunkt, vielleicht
ein Biologe hat eine Idee, die ich als Materialwissenschaftlerin nicht
hatte.
Oder wer weiß, vielleicht lernen wir von anderen Epochen, wo sie
andere Materialien benutzt haben, die jetzt heutzutage nicht mehr so
wichtig sind.
Davon vielleicht kann ein Historiker uns auch dabei helfen.
Und deswegen denke ich, dass je mehr wir darüber reden, desto weniger
Tabus gibt es auch in dem Sinne und desto besser wird es.
Wir müssen uns jetzt fragen, wie viel Material brauchen wir und woher
kommt dieses Material her?
Ist es recycelbar?
Soll ich das vielleicht lieber noch einmal benutzen?
Kann man es wiederverwenden?
Kann es weitere Funktionen haben?
Und ich denke, wenn dann wir das als Gesellschaft schaffen, dass wir
wirklich uns bewusst sind, es geht schon, Bauteile herzustellen, die
viel sparsamer sind und die viel moderner und funktionsintegrierter
sind.
Und wenn wir das auch wissen, dann geht es auch weiter.
Ich denke, es muss der Klick auch ändern, auch bei Firmen und in der
Wirtschaft, dass man sich auch mal traut, vom Spritzguss wegzugehen,
von herkömmlichen Verfahren wegzugehen und dass man sagt, okay, man
braucht vielleicht alles nicht in der Maßenproduktion.
Vielleicht können wir das auch schaffen, indem wir mit 3D-Druckern
sehr spezialisierte Produkte machen, die man sehr lange benutzt.
Deswegen denke ich, dass es so wichtig ist, dass ein Gespräch ein
gesellschaftliches Thema wird, dass wir nicht nur 3D-Druck, sondern
allgemein nachhaltiger werden, weil sonst gibt es halt kein Planet B.
Es gibt kein Planet C, es gibt nur diese eine Erde und wir müssen die
so gut wie es geht beschützen.
Das ist ein schönes Abschlusswort, denn wenn wir uns die Klimaberichte
angucken, dann wird es auf jeden Fall immer wesentlicher.
Und deshalb vielen, vielen Dank für diesen wirklich interessanten und
auch, finde ich, leidenschaftlichen Einblick.
Man merkt wirklich, dass Sie gerne in dem Bereich arbeiten, den Sie
machen.
Deswegen, Frau Vazquez-Martel, vielen, vielen Dank für Ihre Zeit.
Ich danke Ihnen.
Das Beispiel mit den Spinnenweben als Analogie für den 3D-Druck, das
war schon sehr prägnant.
So wie die Spinne ihr Netz Stück für Stück aufbaut und nur dort
platziert, wo es gebraucht wird, so setzt auch die Düse des 3D
-Druckers das Material nur dorthin, wo es notwendig ist.
Es hat ja auch Herr Petschut zuvor erwähnt, dass es absolut notwendig
ist, moderne Technologien so naturnah wie möglich zu gestalten.
Wenn wir dieses Beispiel jetzt mal umdrehen, dann werden auch die
Probleme herkömmlicher Fertigungsverfahren deutlich.
Stellen wir uns mal vor, dass die Spinne zuerst so einen Haufen
Spinnenweben herstellt und dann mühsam Teile daraus entfernen muss, um
ihr Spinnennetz herzustellen.
Was für die Natur nahezu absurd klingt, ist in der Industrie
alltäglich.
Frau Vasquez-Mattel betont auch, dass Fertigungstechnologien nur dann
smart und modern sein können, wenn sie in erster Linie schon
nachhaltig sind.
Die größte Herausforderung ist dabei die Entwicklung neuer Materialien
für die Fertigung, die recycelbar und eben auch wiederverwendbar sein
müssen.
Schön auch der Wunsch von Herrn Petschow, bei dem sich die Maker
-Kultur immer mehr zu einer Nachhaltigkeitskultur entwickelt.
In der zweiten Folge des Podcasts hatten wir uns ja bereits in
Makerspaces umgehört.
Dort spielt das Thema auch jetzt schon eine große Rolle.
Zusammengefasst bedeutet es, 3D-Druck kann den Weg in eine
nachhaltigere Zukunft begleiten.
Am Ende liegt es aber an uns, unser Konsum- und Produktionsverhalten
entsprechend zu gestalten.
Und mit uns meine ich jetzt nicht nur uns Konsumentinnen und
Konsumenten, sondern ganz klar auch die Industrie, die da den viel
größeren Hebel hat.
Damit kommen wir zum Ende unserer Erkundung des 3D-Drucks in der
Gesellschaft.
In den vergangenen fünf Folgen haben wir darüber gesprochen, wo und
wie die Technologie schon heute eingesetzt wird und welche
Zukunftsvisionen die Entwicklung prägen.
Wie sich gezeigt hat, wird 3D-Druck bereits in vielen
unterschiedlichen Bereichen eingesetzt und ist aus diesen teilweise
gar nicht mehr wegzudenken.
Wir erinnern uns an die letzte Folge, da haben wir ja darüber
gesprochen, dass die Technologie mittlerweile ganz selbstverständlich
für die personalisierte Medizin ist.
Moderne Hörgeräte, Orthesen und Prothesen sind dank dem 3D-Druck
perfekt an die jeweiligen anatomischen Begebenheiten angepasst.
Außerdem können mit Organ und Chipsystemen die Medikamentenwirkung
präzise untersucht werden, wodurch Tierversuche vermieden werden, was
ja echt ein großer Vorteil ist.
Der Traum vom gedruckten Spendeorgan hingegen, das scheint noch eine
Zukunftsvision der ForscherInnen zu sein.
Aber auch in anderen Bereichen kann der 3D-Druck dazu beitragen, dass
Lebensbereiche deutlich fortschrittlicher werden und die nächste
Innovationsstufe erreichen, wie wir zum Beispiel in dieser Folge mit
der Nachhaltigkeit im Bereich der Materialforschung gelernt haben.
Der Zugang zur Technologie wird währenddessen zunehmend
demokratisiert, an Schulen und Universitäten werden etwa Workshops und
Programme angeboten, die entsprechende Kompetenzen vermitteln.
Daneben bieten Makerspaces und Fablabs einen öffentlichen Raum, in dem
alle Interessierten diese neuen Technologien ausprobieren und eigene
Ideen umsetzen können.
Ja, und damit bedanke ich mich ganz herzlich fürs Zuhören.
Dieser Podcast ist ein Projekt im Rahmen des Exzellenzclusters 3D
Matter Made to Order des Karlsruher Instituts für Technologie und der
Universität Heidelberg, gemeinsam mit dem Institut für
Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse.
Falls Sie jetzt auch gern mehr über die Forschung des
Exzellenzclusters 3D Matter Made to Order erfahren möchten, besuchen
Sie doch die Webseite 3dmm2o.de oder klicken Sie einfach den Link in
den Shownotes.
Dort finden Sie auch Informationen zum Institut für
Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des KIT.
Das Exzellenzcluster finden Sie zudem auf Facebook, Twitter und
LinkedIn immer unter der Kurzform Cluster 3dmm2o.