Aus klein wird groß: Vom Lockdown-Hobby zum professionellen Entwicklungsdienstleister

3D Nation ist ein professioneller 3D-Druck-Dienstleister mit Fokus auf die Automobilindustrie und Luft- und Raumfahrt. Das in Süddeutschland ansässige Unternehmen ist entstanden, indem ein Ingenieur sein Lockdown-Hobby 3D-Druck in ein florierendes Geschäft verwandelte. 

Heute ist 3D Nation bereits an der Entwicklung und Prototypenfertigung für neue Produkte und Markenkonzepte von Automobilunternehmen und Herstellern von Privatflugzeugen beteiligt. Das junge Unternehmen baut derzeit seine Produktionsanlagen für Endprodukte aus, mit einer großen Flotte von SLA- und SLS-3D-Druckern, einschließlich acht Druckern der Fuse-Serie für selektives Lasersintern (SLS) sowie Lösungen für fortgeschrittene Nachbearbeitungstechnologien wie Dampfglättung. 

Wir haben uns mit 3D Nations Gründer Jon Yates darüber unterhalten, wie er seine 30-jährige Erfahrung im Maschinenbau und sein Interesse an der additiven Fertigung in ein erfolgreiches 3D-Druck-Unternehmen verwandelt hat. 

Obwohl 3D Nation 2021 gegründet wurde, begann die Geschichte des Unternehmens bereits ein Jahr zuvor, als Hobby während der COVID-19-Lockdowns im Jahr 2020. Wie viele andere auch suchte Yates in den ersten Phasen der Lockdowns nach einer Beschäftigung, um sich die Zeit zu vertreiben. Da er über Kenntnisse im Maschinenbau verfügte und bereits einige Produktideen in petto hatte, war dies die ideale Gelegenheit, etwas Neues auszuprobieren – also kaufte Yates sich einen günstigen FDM-Drucker und machte sich ans Werk. Glücklicherweise hatte eines seiner ersten Designs sofort Erfolg.

„Der erste große Auftrag, den wir herstellten, das waren praktische Maskenhalter für FFP2-Masken, die man an Skihelme anklemmen konnte. Das Design habe ich in circa zehn Minuten in CAD erstellt und am nächsten Tag hatten wir schon 150 Stück auf der Piste im Einsatz. Innerhalb von drei Monaten hatten wir 17 600 Paare dieser Maskenhalter verkauft. Von den Einnahmen haben wir unsere nächsten zwei Formlabs-Geräte bezahlt“, erzählt Yates seine Geschichte. 

Nach diesem ersten Erfolg rüstete Yates auf einen Drucker des Typs Fuse 1 auf, womit aus dem Lockdown-Hobby ein echter Nebenverdienst wurde. Am Anfang machten derartige B2C-Designs und Ersatzteile für Oldtimer die hauptsächliche Einnahmequelle für 3D Nation aus. Heute arbeitet das Unternehmen mit namhaften Akteuren der Automobil- und Motorsportbranche zusammen, wie auch mit dem Sektor des Privatflugzeugbaus, wo es an großangelegten Maschinenbauprojekten beteiligt ist. 

Die Flotte von 3D Nation umfasst derzeit acht SLS-3D-Drucker der Fuse-Serie und SLA-3D-Drucker der Typen Form 3L und Form 3 sowie mehrere FDM-3D-Drucker.

Die stetig wachsende Druckerflotte von 3D Nation besteht aus acht SLS-3D-Druckern des Typs Fuse 1, einem großformatigen SLA-Drucker, dem Form 3L, drei Desktop-SLA-Druckern des Typs Form 3 sowie drei FDM-Druckern. Außerdem besitzt das Unternehmen eine Reihe von Nachbearbeitungsgeräten, einschließlich zweier Dampfglättungssysteme. Damit hat es das Potenzial, sein Geschäft zukünftig noch schneller zu skalieren.

Die breite Palette von 3D-Druckern und Materialien macht es 3D Nation möglich, ein großes Spektrum von Dienstleistungen und Anwendungen abzudecken. 

Die Tätigkeit des Unternehmens fängt an beim Rapid Prototyping zur Entwicklung neuer Konstruktionskonzepte in der Automobil- und Motorsportbranche und erstreckt sich über den Druck einzelner Ersatzteile bis hin zur Serienproduktion interner und externer Automobilteile, die von den neu angeschafften Dampfglättungssystemen unterstützt wird.

Yates arbeitet mit den Ingenieurteams der Erstausrüster eng an der CAD-Modellierung zusammen und unterstützt sie im gesamten Iterationsprozess.

Bei der Produktion von Automobilteilen für die Endverwendung bietet die Kombination der SLA- und SLS-Technologie einerseits die hohe Hitzebeständigkeit und Wasserdichtigkeit von SLA-Materialien wie High Temp Resin und Rigid 4000 Resin und andererseits die hohe Temperaturbeständigkeit und Schlagfestigkeit von SLS-Teilen. 

„Oft brauchen wir in unseren Designs enge Toleranzen, was sich mit den SLA-3D-Druckern meisterhaft umsetzen lässt. Wir haben Designs, die auf ein Fünftel oder Zehntel eines Millimeters exakt sind, und genau das brauchen Konstruktionsunternehmen“, erklärt Yates.

Für die meisten Gehäuse und Außenkomponenten für die Automobilbranche nutzt 3D Nation seine SLS-3D-Drucker von Formlabs. Nach dem Dampfglätten liefern Nylon 12 Powder und Nylon 12 GF Powder sowohl optisch als auch funktionell erstklassige Teile, die zuverlässig für die Endverwendung eingesetzt werden können.

Durch die Kombination dieser zwei 3D-Drucktechnologien ist das Team in der Lage, Leistungen zu bieten, die mit konventionellen Methoden nicht zu erreichen wären, und die individuellen Anforderungen und Qualitätsansprüche seiner Kundschaft zu bedienen. 

Die Nachbearbeitung von SLS-3D-gedruckten Teilen ist eine sehr gefragte Dienstleistung, besonders im Bereich der Endverbrauchsteile. Mit dem Erwerb zweier Dampfglättungssysteme (AMT PostPro 50 & Powerfuse S) hat 3D Nation sein Unternehmen auf die nächste Stufe erhoben. 

„Dank des Dampfglättungsverfahrens können wir das Spritzgießen nach dem Rapid Prototyping weglassen. Die Teile, die wir auf den Fuse-1-Druckern drucken und durch Dampfglättung nachbearbeiten, sehen spritzgegossenen Teilen sehr ähnlich und haben beeindruckende Materialeigenschaften“, berichtet Yates. 

Das chemische Dampfglätten versiegelt die Oberfläche von SLS-Druckteilen, sodass sie in Kontakt mit Flüssigkeiten, Chemikalien und Ölen kommen können, ohne diese zu absorbieren. Darüber hinaus können dampfgeglättete SLS-3D-Druckteile lebensmittelecht und für den Medikamentenkontakt sicher sein, wodurch sie sich für eine breite Palette von Anwendungen in den Bereichen Medizin und Ingenieurwesen eignen.

Dampfgeglättete Teile sind aufgrund ihrer hervorragenden Oberflächenqualität auch ohne Lackierung oder Beschichtung ideal für Anwendungen, wo es besonders auf die Oberflächenbeschaffenheit, Textur und Makellosigkeit ankommt. 

„Das Dampfglätten wenden wir bei allen Teilen an, die einer hohen Belastung ausgesetzt werden oder häufigen Temperaturwechseln standhalten müssen. Ein Beispiel sind Rohrleitungen zur Kühlung der Bremsen von Rennwagen, denn diese nehmen am Anfang der Leitung kalte Luft auf, während die am Ende abgegebene Luft zwischen 150 und 200 °C heiß sein kann. Dafür eignet sich ein dampfgeglättetes Teil aus Nylon 12 GF Powder perfekt“, erläutert James.

3D Nation bietet nach wie vor B2C-Dienstleistungen für Oldtimer an, auch wenn diese heute einen kleineren Teil ihres Geschäfts ausmachen, da die Auftragszahl von Industriekunden gestiegen ist. Yates' Leidenschaft und Fachkenntnis gelten jedoch immer noch der Automobilbranche, weshalb die Arbeit an Oldtimern für ihn eine willkommene Abwechslung zwischen anderen Aufträgen darstellt.

Oft ist es für Besitzer von Oldtimern eine Herausforderung, an Ersatzteile zu kommen, um ihre Autos fahrtüchtig zu halten. An diesem Punkt kommt Reverse Engineering ins Spiel. Yates erstellt 3D-Scans von den defekten Autobauteilen, rekreiert das ursprüngliche Design und druckt das Ersatzteil für die Endverwendung auf dem 3D-Drucker – für äußere und innere Komponenten der Fahrzeuge.

Für 3D Nation liegt der größte Vorteil bei der Arbeit mit 3D-Druckern in der schnellen Durchlaufzeit. Ohne 3D-Drucker hätten Kunden in dieser Branche typischerweise mit Lieferzeiten von drei bis sechs Wochen zu rechnen. Dank der Kombination verschiedener 3D-Drucktechnologien kann 3D Nation ihnen Lieferzeiten von nur ein bis zwei Tagen gewährleisten.

Die additive Fertigung ermöglicht außerdem die Produktion komplizierter Bauteile, die etwa ineinandergreifende Teile oder filigrane Details beinhalten. 

„Einmal haben wir Innenkomponenten für eine Pumpe hergestellt. So wie diese konstruiert waren, hätten sie sich früher nur im Spritzgussverfahren produzieren lassen. Aber ein Gusswerkzeug zu bestellen kann bis zu drei Monate dauern. Wenn man dann das tatsächliche Teil fertigt und feststellt, dass es nicht passt, hat man kostbare Zeit und Geld verschwendet. Das macht für mich das stärkste Argument für 3D-Druck aus, besonders wenn es um die Prototypenfertigung geht: die Geschwindigkeit und die niedrigen Kosten der Teile“, erklärt Yates.

Für Yates boten die 3D-Drucker von Formlabs die perfekte Lösung, um sein Geschäftsmodell auf den Weg zu bringen und die Kapazitäten später stetig zu steigern. 

„Als ich angefangen habe, hatte ich nicht viel Geld. [Traditionelle] SLS-Drucker lagen in einer Preisklasse, die ich mir nicht leisten konnte, also waren die Formlabs-Drucker die perfekte Starthilfe für mein kleines Unternehmen. Mein Gedanke war, dass ich mein Geschäft mit Druckern zu diesem Preis hochskalieren kann, sobald es läuft, und ich bin jetzt auf einem guten Weg dahin“, so Yates. 

3D Nation steht vor seiner bisher größten Wachstumsphase. Das Unternehmen ist für seinen ersten Standort, an dem die Idee entstanden ist und die ersten Aufträge erfüllt wurden, zu groß geworden, und eröffnet dieses Jahr einen zweiten Standort, um seine Kapazitäten zu steigern.

Mit erweiterten Kapazitäten und einer stetig wachsenden Bandbreite von Technologien und Fachkenntnis ist 3D Nation bereit, den steigenden Bedarf an Prototypen zu bedienen und auch die Produktion von Teilen für die Endverwendung auszuweiten. Dafür plant Yates seine Flotte von Formlabs-3D-Druckern bald um einen Fuse 1+ 30W zu erweitern und seinen Maschinenpark letztendlich auf etwa 30 Geräte auszudehnen.