Melba Kurman, Autor und Hod Lipson, Associate Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der Cornell University, sind Mitautoren von "Fabriziert: die neue Welt des 3D-Drucks"(John Wiley & Sons, 2013) und führende Stimmen im Bereich 3D-Druck. Sie haben diesen Artikel zu LiveScience's beigetragen Expertenstimmen: Op-Ed & Insightsals Teil ihrer neuen LiveScience-Reihe, die Probleme und Entwicklungen in der 3D-Drucktechnologie beleuchtet.
Im Vergleich zu den USA und Europa hat China als 3D-Druck-Kraftpaket einen schleppenden Start hingelegt. Aber das wird sich schnell ändern.
Auf einer kürzlich in China durchgeführten Büchertour haben wir hautnah miterlebt, wie der 3D-Druck (auf Chinesisch wie "san D da eeng" ausgesprochen) die Fantasie der Menschen anregt. Kürzlich saßen chinesische Astronauten auf ihrem historischen Raumflug in 3D-gedruckten Sitzen. Jeder bedruckte Sitz wurde speziell auf die einzigartige Größe und Form des Astronauten zugeschnitten. In der Industrie sind in China mittlerweile sieben Hersteller von 3D-Druckern ansässig, darunter das Verbrauchermodell UP!. Das in den USA ansässige Unternehmen Stratasys (das größte 3D-Druckerunternehmen der Welt) beschäftigt in seinem Büro in Hongkong rund 150 Mitarbeiter und plant die Eröffnung eines Büros in Peking.
Nicht jeder in China hat das Potenzial von 3D-Drucktechnologien genutzt. Terry Gou, der hochkarätige Vorsitzende von Foxconn, war ein ausgesprochener Skeptiker der Vorstellung, dass der 3D-Druck eine neue industrielle Revolution auslösen wird. Gou sorgte kürzlich für Aufsehen in den Medien, als er Reportern sagte, dass "3D-Druck eine Spielerei ist. Wenn es wirklich so gut ist, schreibe ich meinen Nachnamen 'Gou' rückwärts." In der chinesischen Kultur ist das Angebot, die Schreibweise Ihres Familiennamens neu zu ordnen, eine kühne Aussage.
Gou macht einen gültigen Punkt. Chinas 3D-Druckindustrie wird Fabriken und Massenproduktion nicht ersetzen. Wenn jemand Zweifel daran hat, dass die Massenfertigung bestehen bleibt, muss er nur einen Industrieroboter in Aktion beobachten.
In Peking haben wir eine Fertigungsmesse direkt neben einer 3D-Druckkonferenz besucht. Gou hätte die Demos hochmoderner Roboter-Hochgeschwindigkeits-Massenfertigungsmaschinen genossen. Ein paar Meter von einem Expertentreffen entfernt, das über die nächste industrielle Revolution und den 3D-Druck sprach, sahen wir auf der Messe, wie Industrieroboter Teile so schnell auswählten, platzierten und zusammenbauten, dass ein menschlicher Arbeiter im Vergleich dazu träge zu sein schien - ganz zu schweigen davon ein noch langsamerer 3D-Drucker. (Siehe Videoclips.)
Kurzfristig wird der 3D-Druck Chinas Massenproduktionsimperium nicht beeinträchtigen. In China wie in den Vereinigten Staaten werden Massenware - wo Ihre wie die aller anderen ist und das in Ordnung ist - immer mit traditionellen Fabrikmaschinen hergestellt. Stattdessen wird die 3D-Drucktechnologie als Katalysator dienen, um Chinas Entwicklung zur Bereitstellung von High-Tech-Fertigung und damit verbundenen Dienstleistungen zu erleichtern.
3D-gedruckte Produkte werden sich weiterhin in der Medizin-, Dental- und Luftfahrtindustrie durchsetzen, wo Kunden bereit sind, für kundenspezifische Produkte eine Prämie zu zahlen. In Branchen, die nicht auf "Märkten von einem" basieren, hilft der 3D-Druck Produktdesignern, den Designprozess zu beschleunigen. Tatsächlich war und ist die Unterhaltungselektronikindustrie einer der schwersten Anwender des 3D-Drucks, um Produktdesignkonzepte zu testen und zu verfeinern. Und das ist keine Spielerei, Mr. Gou.
Auf dem Weg zur Hightech-Fertigung
Um die Aufregung über den 3D-Druck in China zu verstehen, ist es hilfreich, den 12. (und aktuellen) Fünfjahresplan des Landes zu betrachten. Die chinesische Wirtschaft wird zentral von der Regierung gesteuert, die alle fünf Jahre umfassende Ziele für die Nation festlegt. In den nächsten fünf Jahren will sich China von einer "Fabrik für die Welt" zu einer wissensbasierten Wirtschaft entwickeln, die auf innovativen Produkten und Prozessen basiert.
Hier sind einige der wichtigsten Ziele des Fünfjahresplans für den 3D-Druck:
- Beibehaltung einer starken Basis für die Massenfertigung, aber Verlagerung der Wertschöpfungskette auf margenstarke Fachkräfteprodukte in den Bereichen Biotechnologie, neue Materialien, IT und spezialisierte High-End-Fertigung;
- Ausbau der Forschungs- und Entwicklungsbasis (F & E) und Investition in Universitäten;
- Entwicklung der Biotechnologie- und Medizintechnikindustrie und Ausbau der Herstellung von High-End-Geräten, insbesondere für Luft- und Raumfahrt- und Telekommunikationsgeräte; und
- Verringerung der wachsenden Einkommensunterschiede zwischen Niedriglohnarbeitern und ungelernten Arbeitnehmern und Chinas wachsender Mittel- und Oberschicht.
Die Vorteile einer großen einheimischen Bevölkerung
Mit Blick auf die Zukunft wird Chinas massive Bevölkerung die Einführung der 3D-gedruckten Fertigung beschleunigen. Chinas riesiger Binnenmarkt für Verbraucher wird in seinem Geschmack immer anspruchsvoller. Diese zunehmend wohlhabende Verbraucherbasis wird neuartige und kundenspezifische Produkte erfordern, die fortschrittliche Konstruktions- und Fertigungskapazitäten erfordern.
Die chinesische Regierung investiert in die Hochschulbildung, um eine Verlagerung in eine höher qualifizierte Fertigungswirtschaft zu erwarten. China wird bald vor den gleichen Arbeitsherausforderungen stehen, mit denen sich die Vereinigten Staaten bereits auseinandersetzen. Durch die Aufklärung der Bevölkerung hofft die chinesische Regierung, die potenziell verheerenden Doppelauswirkungen der Fabrikautomation und des Verlusts von Arbeitsplätzen auf noch billigeren Arbeitsmärkten abmildern zu können. Das Ergebnis ist, dass Chinas qualifizierte Arbeitskräfte schnell wachsen. Die Zahl der Studenten, die an chinesischen Universitäten studieren und ihren Abschluss machen, ist laut dem China National Bureau of Statistics von 1,6 Millionen neuen Studenten im Jahr 1999 auf 7,5 Millionen im Jahr 2012 gestiegen.
Universitätsforschungsprojektteams an chinesischen Universitäten sind ebenso gut ausgestattet. Bei einem einzelnen Forschungsprojekt in einer technischen Abteilung an einer der besten Universitäten Chinas arbeiten möglicherweise 50 Doktoranden an verschiedenen Nuancen desselben Problems. In China gibt es Millionen neuer Hochschulabsolventen, eine große Verbraucherbevölkerung und gut finanzierte akademische Forschung. Das Ergebnis wird eine enorme Menge an intellektueller Leistung sein, die die wissenschaftliche und industrielle Wissensbasis des Landes schnell bereichern wird.
China steht jedoch auch vor einzigartigen Herausforderungen. Chinesische F & E- und 3D-Druckerhersteller liegen bei der Entwicklung neuartiger Materialien für den 3D-Druck immer noch hinter westlichen Unternehmen zurück.
Eine weitere Herausforderung wird die offene Kommunikation sein. Das Internet ist eine Schlüsselkomponente der schnellen Innovation, die die digitale Fertigung auszeichnet. Dennoch zensiert die chinesische Regierung das Internet mit einem Filtersystem, das manchmal als Great Firewall bezeichnet wird.
Da der Einfallsreichtum der chinesischen Internetnutzer weiter zunimmt und sie entschlossen sind, offen zu sprechen, hat die chinesische Regierung ihre Bemühungen verstärkt, um gegen webbasierte Meinungsverschiedenheiten vorzugehen. Regierungszensoren unterdrücken die rasche Verbreitung neuer Ideen, die aus dem kollektiven Aufsehen von Twitter, YouTube, Facebook, Google News und Websuchen resultieren.
Eine weitere Herausforderung, die es in China vielleicht nicht gibt, ist die Tatsache, dass die Lieferketten für die Massenfertigung nicht für die 3D-gedruckte Fertigung geeignet sind. Massenhersteller verwenden zentral gesteuerte oder was manche als "monolithische Lieferketten" bezeichnen, um Warenprodukte herzustellen. Ein derart zentral verwalteter Ansatz wird nicht gut funktionieren, da hochspezialisierte 3D-gedruckte Teile bei Massenprodukten eine zunehmende Rolle spielen.
In Zukunft wird eine präzise und reaktionsschnelle Bestandsverwaltung von entscheidender Bedeutung sein, wenn produzierende Unternehmen versuchen, kleine Mengen von maßgeschneiderten 3D-gedruckten Teilen in ihre traditionellen Lieferketten einzuführen. Eine Betriebsstrategie, mit der Millionen einfacher und identischer Toaster hergestellt werden können, kann 3D-gedruckte Komponenten für komplexe Endprodukte nicht nachverfolgen
Um die 3D-Drucktechnologie tief in seine Konstruktions- und Herstellungsprozesse zu integrieren, muss China seine Gesetze zum Schutz des geistigen Eigentums aggressiv überdenken. Änderungen können jedoch im Gange sein. In Erwartung der Entwicklung Chinas von einer überwiegend fabrikbasierten Wirtschaft zu einer Wirtschaft, die auf High-End-Fertigungs- und Wissensarbeit basiert, beginnt die chinesische Regierung, ihre Gesetze zum Schutz des geistigen Eigentums zu verschärfen. Das globale Unternehmensberatungsunternehmen McKinsey & Co. berichtet, dass 2012 "das chinesische Regierungsministerium, das wegen der Verfolgung von Verstößen gegen das geistige Eigentum angeklagt ist, kürzlich bekannt gegeben hat, dass es 2012 2.347 Fälle bearbeitet hat, ein Anstieg von fast 40 Prozent gegenüber 2011, und in diesen zwei Jahren 2 US-Dollar gelöst hat Milliarden an Verstößen. "
Chinas nationale Agenda hat den Blick fest auf den Aufbau einer wissensbasierten Wirtschaft gerichtet, in der 3D-Drucktechnologien eine wichtige Rolle spielen werden. Die chinesische Kultur schätzt Selbstdisziplin, harte Arbeit und Respekt vor Autorität, Überzeugungen, die es China ermöglicht haben, sich schnell in die größte Volkswirtschaft der Welt zu verwandeln. Es wird interessant sein zu sehen, wie Chinas Fabrik für die Welt 3D-Drucktechnologien zum Einsatz bringt.
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