3D-Scanner und -Drucker rücken immer stärker ins Bewusstsein der Öffentlichkeit. Die wenigsten Menschen können sich aber vorstellen, was mit 3D-Scannern bereits jetzt möglich ist – und was die Zukunft bringt. Ein Einblick.
An Bord der Internationalen Raumstation ISS geht ein wichtiges Element einer Forschungsstation kaputt – und Ersatzteile befinden sich nicht an Bord. Mal eben schnell zur Erde fliegen oder Ersatz bei den Kollegen am Boden bestellen, ist leider nicht möglich. Früher wäre dies das Ende der Forschung gewesen, doch mittlerweile gibt es einen Ausweg: 3D-Scanner und -Drucker.
Die Astronauten packen entsprechende Geräte aus, scannen das defekte Teil, entwickeln es eventuell zurück und drucken es anschließend aus – voilà, die Wissenschaftler können weiterforschen und ihre Experimente durchführen. Das Szenario lässt sich auch auf andere Bereiche ausweiten: Kreuzfahrtschiffe, auf denen wichtige Teile ausgetauscht werden müssen, entlegene Forschungsstationen in der Arktis, die von der Außenwelt abgeschnitten sind – und, und, und. Kurz: Wo früher keine Hilfe möglich war, freut sich die Menschheit heute über komplett neue Möglichkeiten und Auswege.
Das Beispiel mit der ISS ist übrigens nicht weit hergeholt: Der 3D-Spezialist Artec 3D modifizierte einen seiner mobilen 3D-Scanner nach den Vorgaben der NASA für die Verwendung im Weltall. Im Hybrid Reality Lab der NASA werden 3D-Scans von Werkzeugen und anderer Ausrüstung, die die Astronauten ins Weltall mitnehmen, angefertigt.
3D-Technik: Was heute schon möglich ist
Die Vorteile von 3D-Scannern beschränken sich aber nicht auf ferne Regionen und Galaxien, sondern sind längst im Hier und Jetzt mitten in der Gesellschaft angekommen. In der Medizin und im Reverse Engineering ist 3D-Technik nicht mehr wegzudenken, genauso wie beim Film, in der Denkmalpflege, Kunst oder Archäologie.
3D-Modell eines Messers in „Fear the Walking Dead“. Quelle: fxtc, inc
Auch immer mehr Endkonsumenten interessieren sich für die neue Technologie. Einige Smartphones lassen sich bereits mit ihrer Kamera als 3D-Scanner einsetzen. Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten, zum Beispiel beim Online-Shopping: Fuß einscannen, dem Anbieter die Scandaten schicken – und wenig später den perfekt sitzenden Schuh erhalten. Kurios: Tragbare 3D-Scanner wurden jetzt schon verwendet, um präzise Proben von diversen Pilzarten einzuscannen. Daraus entstand der erste digitale 3D-Pilzkatalog der Welt, der Menschen davor schützen soll, versehentlich giftige Pilze zu sammeln und zu essen.
In der Möbelbranche kommen 3D-Scanner zum Beispiel bei der Gestaltung von Möbelkatalogen und -werbeanzeigen zum Einsatz. Diese werden nicht mehr mithilfe von Fotos, sondern auf Basis von detailgetreuen 3D-Modellen erstellt. Laut einer Umfrage von über 1.000 US-Verbrauchern zum Einsatz von Virtual- und Augmented-Reality-Technologien im Einzelhandel, würden fast 50 Prozent der Befragten beim Online-Shoppen das interaktive 3D-Modell eines Produkts hilfreicher finden als Bilder.
Von allen Kategorien birgt der Einrichtungsbereich das größte Potenzial: 38,3 Prozent halten den Einsatz von AR und VR für große Möbel und Dekogegenstände für nützlich. Denn besonders bei Möbeln verzichtet über ein Viertel der Studienteilnehmer sonst auf einen Online-Einkauf, da die Beschaffenheit auf einem einfachen Foto nicht richtig erkennbar ist. Ein virtuelles 3D-Modell hingegen kann gedreht, gewendet und von allen Seiten betrachtet werden. Durch Heranzoomen lässt sich zudem die Qualität der Materialien genauer überprüfen – von Furchen im Holz bis zu Nähten oder der Fadenzahl in Stoffen.
Eine weitere wichtige Rolle spielen 3D-Scanner für die Qualitätssicherung in der Industrie: So werden die Flügel eines Flugzeuges erfasst und mit dem ursprünglichen 3D-Modell verglichen. Kleinste Risse oder sonstige Änderungen der Oberflächenbeschaffenheit werden auf diese Weise schnell entdeckt. Selbst das 3D-Druckgeschäft setzt auf die Qualitätskontrolle durch 3D-Scans: Die Anzahl der industriellen Metall- und Keramik-3D-Drucker ist sehr stark angestiegen. Der komplexe Erwärmungsprozess birgt das Risiko, dass die gedruckten Komponenten leicht verformt aus dem Drucker kommen. Eine Qualitätskontrolle ist nötig: 3D-Scanner überprüfen die Druckerzeugnisse, indem sie sie mit der Originaldatei vergleichen.
Nicht zu vergessen, der 3D-Einsatz in der Verpackungsindustrie: So erhielten Schokohasen dank 3D-Scan nicht nur eine perfekt sitzende, schön aussehende zweite Haut fürs Osterfest – die Hersteller sparen sich auch jede Menge Zeit und Geld, weil sie auf aufwendige händische Verfahren verzichten können. Oldtimer-Fans freuen sich ebenfalls über völlig neue Möglichkeiten: Mit den Scannern lässt sich der Ist-Zustand der alten Knaben dokumentieren, sie für die Nachwelt konservieren und Ersatzteile herstellen.
3D-Scan eines Schokoladenhasen. Quelle: Bachmann Forming AG
Ein Schokoladenhase in seiner fertigen Form. Quelle: Bachmann Forming AG
3D-Scan eines Ford Eifel 1937. Quelle: Classic-Car.tv
Prothesen für Mensch und Tier
Im Gesundheitssektor entfaltet sich der ganze Segen von 3D-Scannern, da mit ihrer Unterstützung Prothesen für Menschen und Tiere entstehen. So konnte beispielsweise mittels 3D-Scan ein 3D-Modell des Beins eines Mädchens erstellt werden, auf dessen Basis eine passgenaue Prothese angefertigt wurde. Der Wadenmuskel der jungen Frau war nach einem Unfall derart beschädigt, dass sie fast das gesamte Muskelgewebe verlor und das Bein deformiert war. Weitere medizinische Erfolge durch 3D-Scans: 3D-Druck-Implantate bei Kindern mit Fehlbildungen am Ohr, Maßanfertigung orthopädischer Produkte wie Knieorthesen und Korsetts für Skoliosepatienten oder maßgeschneiderte Brustkorbimplantate für Patienten mit Fehlbildungen des Brustkorbs.
Erfassung der Waden-Fehlbildung einer Patientin per 3D-Scanner. Quelle: Can Touch.
3D-Rohdaten einer Waden-Fehlbildung. Quelle: Can Touch
3D-Modell einer Wadenprothese. Quelle: Can Touch
Fertige Wadenprothese für eine Wadenfehlbildung. Quelle: Can Touch
Design eines maßgeschneiderten 3D-Implantats zur Behandlung einer Trichterbrust. Quelle: Artec 3D/Anatomik Modeling
3D-Technik im Tierreich
Aber auch das Tierreich profitiert. Einem misshandelten Tukan aus Costa Rica rettete ein 3D-Scan das Leben. Er hatte durch den Angriff von Menschen große Teile seines für ihn lebenswichtigen Schnabels verloren. Die Überreste des Schnabels wurden gescannt, und aus den gewonnenen Daten entstand per 3D-Druck ein Ersatzschnabel. Auch ein verstümmelter Alligator, dessen Schwanz abgetrennt wurde, konnte vor dem Tod gerettet werden: Aus dem Schwanz eines kürzlich verstorbenen, ähnlich großen Alligators entstand ein hochauflösendes 3D-Modell, mit dessen Hilfe eine Prothese zum Umschnallen für den verletzten Alligator gefertigt wurde. Bei vom Aussterben bedrohten Tierarten können 3D-Daten ebenfalls einen wichtigen Beitrag leisten: Damit die Vögel zumindest digital für immer erhalten bleiben, scannte ein Team von Threeding.com ausgestopfte Exemplare von 40 bedrohten Vogelarten ein.
Dank 3D-Technik bekommt ein Tukan einen neuen Schnabel. Quelle: Rescate Animal ZooAve
3D-Modell der Schwanzprothese eines Alligators. Quelle: STAX3D
SONY DSC, Ein Alligator kann sich dank seiner neuen Schwanzprothese wieder richtig fortbewegen. Quelle: MORE Foundation
Was die Zukunft bringt – neue Einsatzzwecke
Da das Scannen einfacher wird und immer mehr Menschen anspricht, wachsen auch die daraus gewonnenen Datensätze enorm an. Deshalb muss die Scan-Software mit der -Hardware mithalten, damit die User ihre Daten genauso problemlos bearbeiten können wie sie sie erfasst haben. In der Industrie wächst die Zahl der 3D-Scanner beständig – vor allem der Maschinenbau profitiert. Andere Branchen zeigen ebenfalls verstärkt Interesse, da 3D- und Virtual-Reality-Technologien aufgrund ihrer Präzision, Nutzerfreundlichkeit und Vielseitigkeit etliche Vorteile bieten.
So beeinflussen sie zum Beispiel zunehmend die Art und Weise, wie Medizin praktiziert und gelehrt wird. Medizinstudenten mussten bisher an echten Leichnamen üben, um die menschliche Anatomie besser kennenzulernen. Die Nachteile liegen auf der Hand: Nicht immer sind unbegrenzt Leichname verfügbar, und Anfänger beschädigen die Kadaver oft bis zur Unbrauchbarkeit, was auf Dauer teuer wird. Also wurde eine hochpräzise Echtzeit-3D-Sezierungsanwendung entwickelt, mit der Studenten üben können, bevor sie an echte Leichen dürfen. Dazu mussten alle Sezierungsetappen an Leichen 3D-gescannt werden.
3D-Rendering eines Halssektionsschritts. Quelle: Artec 3D
In der Immobilienbranche kommen 3D-Führungen in Häusern und Wohnungen in Mode, wenn der Interessent einen ersten Blick auf die Immobilie werfen möchte, ohne persönlich anwesend sein zu müssen. Auch virtuelle Einkaufsshops werden die 3D-Technologie nutzen. „Sie zählt zu den essentiellen Schlüsseltechnologien unserer Zeit, da sie von sehr vielen Industriezweigen eingesetzt werden kann. Ich denke sogar, dass sie sich kurzfristig schneller entwickeln wird, als die Genomforschung“, sagt Artyom Yukhin, President und CEO von Artec.
Mehr und mehr Branchen werden außerdem auf 3D-Druck basieren, denn diese Technik ist einfacher und billiger als alte Verfahren. Besonders die Medizinbranche kann davon enorm profitieren, wenn das Drucken von Organen zum Standard wird. Wie schnell diese Entwicklung jedoch voranschreitet, lässt sich derzeit noch nicht sagen – ebenso wenig, ob im Endeffekt Genomforschung oder 3D-Technologien für die Menschheit hilfreicher sind.
Über den Autor: Artyom Yukhin, CEO von Artec 3D
Artyom Yukhin ist einer der Gründer von Artec 3D. Er rief das Unternehmen 2007 ins Leben und fungiert seitdem als Chief Executive Officer. Yukhin ist ein erfahrener Manager, Unternehmer, Technologie-Visionär und Investor. Er verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung im internationalen Management, Produktmanagement, Personalmanagement, Fundraising und in der Förderung junger Unternehmen. Wie umfangreich das technologische Know-how von Artyom Yukhin ist, belegen die von ihm eingereichten 19 Patente und Patentanmeldungen in den Bereichen Elektronik, Optik und Algorithm Engineering. Als aktiver Business Angel investiert Artyom Yukhin darüber hinaus in mehrere vielversprechende Start-up-Unternehmen.
Im Jahr 2001 gründete Artyom Yukhin das Unternehmen A4Vision Inc., bei dem er als Chief Technology Officer und Mitglied des Vorstands tätig war. 1999 erfand er eine Technik zur 3D-Gesichtserkennung, beschaffte Startkapital und entwickelte seine Technologie zu einer international anerkannten biometrischen Lösung weiter, die zum Industriestandard wurde (ANSI, 2006).
Mit Artec 3D möchte Yukhin der breiten Öffentlichkeit den Zugang zu 3D-Technologien eröffnen und die 3D-Revolution für den Endverbraucher Realität werden lassen.
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