Jede Epoche bringt Mythen hervor, in denen die Grenzen des Möglichen überschritten werden. Ein noch recht junger Mythos des technischen Zeitalters ist eine Maschine, die aus Computerdaten jeden beliebigen Gegenstand herstellen kann. Sie wurde in den achtziger Jahren als Science-FictionZubehör populär: Der »Replikator« des Raumschiffs Enterprise spendet der Besatzung in der zweiten Staffel der TV-Serie, was ihr gerade in den Sinn kommt. Der Personal Fabricator macht auf Knopfdruck aus Menschen Produktdesigner BILD

Doch wie das mit Science-Fiction so ist: Die Haltbarkeit ihrer Utopien wird immer kürzer. Ingenieure in aller Welt nähern sich mit realen Ansätzen dem universalen »Fabricator«, wie die Maschine heute genannt wird. »Wir sind an der Schwelle einer digitalen Revolution in der industriellen Fertigung«, prophezeit der amerikanische Physiker Neil Gershenfeld vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), einer der Pioniere des Konzepts. Im Juni haben er und seine Mitstreiter deshalb die Fab Foundation gegründet, die die Entwicklung des Fabricators zu einer ausgereiften Technik vorantreiben soll. Nun sind in den vergangenen Jahrzehnten einige technische Revolutionen ausgerufen worden – und ausgeblieben. Was ist an der Idee wirklich dran?

Tatsächlich hat sie einen realen Kern, der mit Star Trek und Nanomaschinen nichts zu tun hat: das so genannte Rapid Prototyping (RP). Es entstand, als Maschinenbauer Ende der achtziger Jahre Wege suchten, um ihre Produktionszyklen zu verkürzen. Anstatt die Prototypen von neuen Bauteilen und Werkzeugen aufwändig mit konventionellen Gießverfahren herzustellen, begannen sie, die am Computer entworfenen Teile in Spezialmaschinen Schicht für Schicht aus Kunststoffen oder Metallpulvern aufzubauen.

Schicht für Schicht schmilzt der Laser aus Stahlpulver den Zylinderkopf zusammen

Am Anfang steht ein am Rechner erzeugtes 3-D-Modell etwa eines Zylinderkopfes, das in verschiedene Ebenen zerlegt wird. Die Daten werden an eine RP-Maschine übertragen. Die steuert einen Laserstrahl Punkt für Punkt über eine Schicht aus Stahlpulver und schmilzt die Körnchen überall dort zusammen, wo in der entsprechenden Ebene massiver Stahl sein soll. Auf diese Weise wächst der Zylinderkopf langsam auf der Arbeitsfläche in die Höhe. Die Qualität ist inzwischen so gut geworden, dass sogar Kleinserien produziert werden können – weshalb man inzwischen von Rapid Manufacturing spricht.

Dieses »Laserschmelzen« wurde an der RWTH Aachen entwickelt und ist heute nur noch eines von vielen. So spritzen 3-D-Drucker aus winzigen Düsen Kunstharztröpfchen zu wenige Mikrometer dicken Schichten, die unter Lichteinstrahlung aushärten. Damit lassen sich Plastikobjekte etwa für medizinische Anwendungen aufschichten. Die Geräte sind bereits auf die Größe von leistungsstarken Bürokopierern geschrumpft.

Der Erste, der in diesen Techniken mehr sah als nur eine Rationalisierung im Maschinenbau, war der US-Technologieberater Marshal Burns. Anfang der Neunziger propagierte er eine Heimfabrik, die eines Tages in jedem Haushalt Zahnbürsten, Spielzeug oder Geschirr produzieren könnte. Er nannte sie Fabber , das klang griffiger als Fabricator. »Eine solche Maschine könnte viele der physikalischen Bedürfnisse ultramoderner Familien im Jahr 2008 befriedigen«, schrieb er damals.

Noch bietet kein Heimwerkermarkt einen Fabber feil. Aus gutem Grund: Die Geräte sind sehr teuer. So kosten etwa die Lasersinter-Maschinen eines führenden Herstellers, der Münchner Eos GmbH, rund 300000 Euro. Das sind allerdings reine Industriemaschinen. Die derzeit günstigsten RP-Maschinen gibt es für rund 20000 Euro. Hinzu kommt, dass selbst das Fabbing einer Zahnbürste noch deutlich länger dauern würde als das Brennen einer DVD: Auch gute Geräte verarbeiten gerade einmal sechs Kubikzentimeter Material pro Stunde.

Allerdings trifft die Vision von Marshal Burns in der RP-Industrie nicht auf taube Ohren. Was fehlt, ist ein größerer Markt. Bislang seien in den vergangenen 15 Jahren weltweit rund 18000 RP-Maschinen verkauft worden, sagt Rudolf Meyer von der Fraunhofer-Allianz Rapid Prototyping. Der globale Jahresumsatz aller RP-Firmen habe 2005 nicht mehr als eine Milliarde Euro betragen – selbst die noch junge Nanotech-Branche schafft bereits mehr. »Das Problem ist, dass Rapid Manufacturing noch nicht sehr viele Technologien ersetzen kann«, sagt Meyer. »Im Moment geht es darum, Nischen zu besetzen, zum Beispiel bei der Fertigung von Implantaten in der Medizintechnik.« Denn die eignen sich nicht für eine Massenproduktion, sondern müssen individuell an Patienten angepasst werden. Eine weitere Nische könnte die Herstellung von Ersatzteilen für Produkte sein, die längst vom Markt genommen wurden.

Medizinische Implantate und seltene Ersatzteile fördern die Entwicklung

Adrian Bowyer, Ingenieur an der englischen Universität Bath und Mitgründer des Fabricator-Projekts RepRap, hält die Technik hingegen für wesentlich markttauglicher, als die Industrie es darstellt. »Der Flaschenhals für die weitere Entwicklung sind die Patente, über die eifersüchtig die Industrie wacht.« Viele Maschinen seien nicht so kompliziert, dass man sie nicht billiger produzieren könnte. Er schließt nicht aus, dass nach Auslaufen der ersten Patente ein Industriegigant wie Hewlett-Packard einen einfachen Fabricator für einige tausend Dollar anbieten könnte. »Dann wird Rapid Manufacturing erst richtig interessant.«

Neil Gershenfeld hält allerdings die Perspektive der Industrie schon im Kern für falsch. Der Leiter des Center for Bits and Atoms am MIT Media Lab sieht den Fabricator nicht einfach als neues Werkzeug für eine Industrieproduktion, die immer kleinere Serien fertigt, um dem Trend zu individuelleren Produkten nachzukommen. Gershenfeld denkt in größeren Zusammenhängen. Er möchte eine historische Fehlentwicklung korrigieren: die Trennung von Handwerkskunst und Produktion im Gefolge der Renaissance. Die habe »zur Erfindung von ungelernter Arbeit in der Industriellen Revolution geführt«. Das Ergebnis war das Zeitalter der Massenproduktion: »Die Ausdruckskraft von Maschinen, die Dinge machen, ist auf der Seite der Hersteller verblieben, nicht der Verbraucher«, schreibt er in seinem lesenswerten Buch Fab.

Diese Kluft, von Gershenfeld Fabrication Divide genannt, will er mit seinem bislang einmaligen Ansatz so genannter Fab Labs überwinden helfen. Das Kürzel steht für Produktionslabors, die mit computergesteuerten Schneidemaschinen, Fräsen und 3-D-Druckern ausgestattet sind. Das einfachste (ohne 3-D-Drucker) kostet derzeit noch 25000 Dollar. Die Technik soll eines Tages in einer einzigen Maschine verschmelzen, die er Personal Fabricator nennt. Die Analogie zum Personal Computer ist bewusst gewählt: So wie der PC die Datenverarbeitung in die Privathaushalte brachte, will Gershenfeld auch die Verarbeitung von Atomen demokratisieren.

Das erste Fab Lab stellte er für einen Universitätskurs am MIT zusammen, den er How to build (almost) anything nannte (ZEIT 45/2002) . Womit er nicht gerechnet hatte, war der Ansturm von Studenten, ja sogar von Künstlern und Tüftlern aus Boston, die sich einschreiben wollten. 300 Bewerber standen Schlange für ein Dutzend Plätze. Der überwältigende Zuspruch zeigte, dass mehr in der Idee steckte. In den vergangenen fünf Jahren bauten er und seine Mitstreiter weitere Fab Labs auf in Boston sowie in Norwegen, Indien, Ghana, Costa Rica und Südafrika. Ihr Ziel war eine selbstbestimmte Produktion auf hohem technischem Niveau, die lokalen Bedürfnissen kleiner Kommunen dient und nicht von Massenmärkten.

Das indische Fab Lab machte es zum Beispiel möglich, Sensoren für den Fettgehalt von Milch zu konstruieren. Das Fab Lab ist in Vigyam Ashram angesiedelt, einige hundert Kilometer von Mumbai (dem früheren Bombay) entfernt. Dort betrogen die Lieferanten der Umgebung die Bewohner regelmäßig mit verdünnter Milch. Dabei fehlte es nicht am Know-how, solche Sensoren zu bauen, sondern nur an Werkzeugen. Die technischen Kenntnisse und der Erfindungsreichtum der Landbevölkerung verblüfften Gershenfeld.

Noch können die Drucker keinen Materialmix verarbeiten

Diese Erfahrung haben er und sein Team auch andernorts gemacht. »In einer Township bei Pretoria steht unser wohl bestes Fab Lab«, sagt Sherry Lassiter, Leiterin des Fab-Lab-Programms. Dort seien regelmäßig 30 bis 40 Leute am Werkeln. »Einer hatte nach drei Tagen eine Art Staubsauger gebaut.« Das Gerät konnte es zwar noch nicht mit der handelsüblichen Konkurrenz aufnehmen, aber es kombinierte clever selbst gefertigte und vorhandene Teile wie den Elektromotor. Die südafrikanische Regierung wurde denn auch hellhörig. Im Herbst will sie einen Testlauf für ein im MIT-Fab-Lab entwickeltes Holzhauskonzept machen, das mit einfachen Mitteln in kürzester Zeit hergestellt und zusammengebaut werden kann. Das Haus selbst muss zwar mit konventionellen Maschinen gebaut werden. Aber der Architekt Larry Sass wollte damit zeigen, dass die Fab Labs auch für den Entwurf neuer Bauweisen taugen. Das von ihm gebaute Hausmodell besteht aus Holzplatten, die später vor Ort nur im größeren Maßstab angefertigt und zusammengefügt werden müssen. Möglicherweise entsteht daraus dann ein weiteres Häuserprogramm, mit dem Südafrika die schon lange laufende Modernisierung der Townships beschleunigen will. Statt bislang 4500 Dollar würde ein neues Haus dann nur noch 2500 Dollar kosten.

Wer das Fab-Lab-Konzept nur für gehobene Bastelei hält, täuscht sich. Denn laut Gershenfeld ist entscheidend, dass die Möglichkeiten der Computertechnik systematisch integriert werden. Fab-Lab-Nutzer lernen deshalb von Anfang an, elektronische Steuerungen zu entwerfen und Mikrocontroller zu programmieren. Der Personal Fabricator soll eines Tages Dinge herstellen können, die bereits die gesamte Elektronik enthalten. Mit 3-D-Druckern funktioniert das bislang nicht. Die können zwar in einem Arbeitsgang Objekte hervorbringen, die aus mehreren ineinander verschachtelten Teilen bestehen. Aber ihr Innenleben ist dumm, weil noch keine elektronischen Schaltungen eingefügt werden können. »Die letzte Grenze im Rapid Prototyping ist, funktionale und strukturelle Materialien zusammenzufügen, um komplette funktionierende Systeme auszudrucken«, sagt Gershenfeld.

Im Labor funktioniert die personalisierte Produktion bereits

Doch auch hier schreitet die Entwicklung rasant voran. Die kalifornische Firma Dimatix, eine Tochter von Fujifilm, hat unlängst einen Tintenstrahldrucker auf den Markt gebracht, der mit Hilfe einer Tinte, die metallische Teilchen enthält, ganze Schaltkreise auf Plastik drucken kann – billiger als mit herkömmlichen Fertigungsmethoden und vielseitig verwendbar. Das Gerät ist nicht größer als ein Laserdrucker für den Heimgebrauch. Bildschirme aus elektrisch leitfähigen Kunststoffen sind ebenfalls in der Entwicklung. Es ist vorstellbar, dass die übernächste Generation von 3-D-Druckern die Plastikelektronik gleich mit ins Objekt druckt.

Während in der Rapid-Prototyping-Industrie eine »gewisse Ernüchterung« herrscht, wie Fraunhofer-Experte Rudolf Meyer konstatiert, ist der Optimismus in der Fabricator-Szene umso größer. Ob die von Gershenfeld angekündigte Revolution tatsächlich kommt, wird allerdings auch vom Preis der Materialien abhängen, die für den Fabricator künftig zur Verfügung stehen. Holz und einige Kunststoffe sind zwar günstig, aber Spezialtinten für druckbare Elektronik sind weit von Baumarktpreisen entfernt. Die »Demokratisierung« in Entwicklungsländern dürfte noch etwas dauern.

Ein entscheidender nächster Schritt könnte aber sein, was die Trendforscher von Z-Punkt in Karlsruhe in Anlehnung an die US-Kopierladenkette Kinkos das Kinkos-Szenario nennen: eine Art 3-D-Copyshops in den Städten, in die man mit selbst entworfenen oder aus dem Internet heruntergeladenen Datensätzen einfacher Objekte geht, um sie ausdrucken zu lassen. Rudimentäre Ansätze sind bereits vorhanden: »Allein in Deutschland gibt es über 30 Firmen, die diese Technologie als Dienstleister anbieten«, sagt Christof Stotko, Marketingleiter bei Eos. Die beliefern derzeit zwar nur die Industrie, doch auch die Computertechnik hat einmal klein angefangen.

»All die Technologien, um die Produktion zu personalisieren, funktionieren schon im Labor, und sie tauchen in äußerst ungewöhnlichen, aber realen Nutzergemeinschaften außerhalb des Labors auf«, betont Neil Gershenfeld. Dass die Fabricator-Revolution nur gut sein kann, daran zweifelt er nicht: »So wie geballte Erfahrung herausfand, dass die Demokratie besser läuft als die Monarchie, wäre das eine Zukunft, die auf einem umfassenden Zugang zu den Mitteln technischer Erfindungen aufbaut und nicht auf einer Technokratie.«

Aus dem Archiv
Nach dem Personal Computer kommt nun der Personal Fabricator. Auf Knopfdruck rutscht die virtuelle Welt dreidimensional aus dem Drucker (ZEIT 45, 2002) »