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Sep 27, 2023

DEVENS – Ungefähr 40 Meilen nordwestlich von Boston, in einem glänzenden silbernen Gebäude an einer langen, offenen Straße, befindet sich eine Fabrik.

Eine höchst ungewöhnliche Fabrik.

Es gibt kein lautes Fließband. Überhaupt kein Fließband.

Nur eine Reihe großer weißer Maschinen, die wie Server in einem Rechenzentrum summen.

In jedem einzelnen bewegt sich ein Portal schnell von einer Seite zur anderen und trainiert die Kraft von 150 Laserstrahlen auf ein darunter liegendes Bett aus Metallpulver. Das Pulver schmilzt und verfestigt sich in Schichten, keine dicker als ein menschliches Haar. Und mit der Zeit nimmt eine Platte aus unglaublich komplizierten Teilen Gestalt an.

Es könnte sich um Komponenten von Raketentriebwerken handeln. Es könnte sich dabei um Titan-Knieimplantatteile handeln. Diese Maschinen können über Nacht von Krieg auf Medizin umschalten.

Es ist wirklich einfach.

„Wir müssen nur die Anweisungen ändern“, sagt John Hart, der an einem Nachmittag in der Fabrikhalle steht. „Wir müssen nur den Code ändern.“

Hart ist Professor für Maschinenbau am MIT und Mitbegründer des interessantesten Startups in Amerika.

Es heißt VulcanForms. Der Wert beträgt über 1 Milliarde US-Dollar.

Und es steht an vorderster Front dabei, den 3D-Druck von einer Nischentechnologie – die vor allem für das Prototyping neuer Produkte und künstlerische Experimente bekannt ist – in eine industrielle Kraft zu verwandeln.

Das wird die billige, alltägliche Fertigung, die vor langer Zeit ins Ausland verlagert wurde, nicht ersetzen.

Aber es könnte dazu beitragen, etwas Neues einzuleiten – einen High-Tech-Industrialismus, der direkt auf die dringendsten Probleme des Landes abzielt.

Besorgt über die amerikanische Abhängigkeit von einem zunehmend feindseligen China? Der Bau von High-End-Komponenten könnte Amerika dabei helfen, sich zu befreien. Ungleichheit? Eine Rückkehr gut bezahlter Arbeitsplätze im verarbeitenden Gewerbe würde die Lage erleichtern. Und auch der 3D-Druck der nächsten Generation könnte eine wichtige Rolle bei der Verlangsamung des Klimawandels spielen.

VulcanForms und seine Konkurrenten geben bereits einen Einblick in die Möglichkeiten; Sie können einige Metallteile mit der Hälfte der Energie und einem Zehntel der Materialien einer typischen Fabrik herstellen.

Aber Hart sagt, das sei erst der Anfang.

Er stellt sich eine Zeit in 20 oder 30 Jahren vor, in der Unternehmen wie VulcanForms Fusionsenergie oder eine andere völlig umweltfreundliche Energiequelle nutzen, eine künstliche Intelligenz nutzen, die um ein Vielfaches leistungsfähiger ist als das, was heute verfügbar ist, und weltbeste Innovationen hervorbringen, die das können Das ist jetzt noch nicht einmal vorstellbar.

„Es ist super, super aufregend“, sagt er.

Und auch ein bisschen schwindlig.

Es ist noch gar nicht so lange her, da schien der 3D-Druck ein Flop zu sein.

Im Jahr 1945 veröffentlichte ein mürrischer Science-Fiction-Autor namens Murray Leinster eine Kurzgeschichte mit dem Titel „Things Pass By“.

Es war voll von „Kosmobeben“ und weltrettenden Heldentaten.

Aber es stellte sich auch ein merkwürdiges Gerät vor, das Leinster als „Konstrukteur“ bezeichnete.

Im Gegensatz zu einer Standardmaschine, die „ein bestimmtes Teil“ herstellte, konnte der Konstrukteur Entwürfe für nahezu alles lesen und sie in „Zeichnungen in der Luft“ umsetzen.

„Der Vorgang ähnelte genau dem, bei dem ein Insekt einen Kokon spinnt, mit dem Unterschied, dass das Ergebnis keine Masse zusammengeklebter Fäden war, sondern eine solide Wand aus glashartem Kunststoff, stark wie Stahl, aber wesentlich leichter“, schrieb Leinster.

Es würde Jahre dauern, bis die Realität die Science-Fiction einholen würde. Aber irgendwann war es soweit.

Erfinder meldeten Anfang der 1970er Jahre Patente für die Vorgänger der heutigen 3D-Drucker an. In den 1980er Jahren kam es zu technischen Verbesserungen. Ende der 1990er Jahre druckten Forscher der Wake Forest University die Bausteine ​​einer menschlichen Blase aus. Und im Herbst 2009 schien die Technologie für ihren Durchbruch bereit zu sein.

Zu diesem Zeitpunkt betrat Bre Pettis, ein charismatischer Unternehmer mit dicker schwarzer Brille und einem wirren Haarschopf, die Bühne einer Veranstaltung namens Ignite NYC und verkündete den Beginn einer zweiten industriellen Revolution.

„Wir haben eine Maschine, die 3D-Objekte herstellt“, sagte er der Menge, „und sie ist wahnsinnig großartig.“

Sein Unternehmen MakerBot bot eine Desktop-Maschine an, die die Leistungsfähigkeit der Fabrik der breiten Masse zugänglich machen würde. „Man wird zum Tycoon, indem man Dinge selbst herstellt“, sagte er. Und die Presse hat es aufgefressen.

MakerBot wurde im Rolling Stone und der New York Times vorgestellt. Und Wired veröffentlichte neben der Überschrift „Diese Maschine wird die Welt verändern“ ein Titelbild von Pettis, der einen seiner gläsernen Drucker in der Hand hält.

Diese Vorhersage erwies sich jedoch als übertrieben.

Pettis hatte Schwierigkeiten, die Kosten für die Maschinen zu senken. Und der Print-at-Home-Markt war bei weitem nicht so robust, wie er gehofft hatte. 2013 verkaufte er MakerBot und die Presse zog weiter.

Der 3D-Drucker, so schien es, sollte als Neuheit in Erinnerung bleiben.

Doch selbst als die Technologie aus den Schlagzeilen verschwand, gewann sie in der Industrie an Bedeutung.

Hier wurde es als „additive Fertigung“ bezeichnet, ein Hinweis auf die Tatsache, dass 3D-Drucker Produkte von Grund auf aufbauen, anstatt sie zu schneiden, zu fräsen oder auf andere Weise von größeren Materialstücken zu „subtrahieren“.

Das Verfahren ermöglicht komplexe Geometrien, die in typischen Fabriken nicht hergestellt werden können, und mehrere große Unternehmen waren interessiert.

Stryker, ein Medizintechnikunternehmen mit Sitz in Kalamazoo, Michigan, druckt Wirbelsäulenimplantate. Und GE Aerospace nutzt die Maschinen, um Treibstoffdüsen für seine Düsentriebwerke zu bauen; Anstatt wie früher 20 einzelne Teile zusammenzuschweißen, druckt der Hersteller ein einziges ganzes Teil, das wesentlich leichter ist als sein Vorgänger.

Hier im Großraum Boston, der sich zum vielleicht wichtigsten 3D-Druck-Cluster der Welt entwickelt hat, haben sich mehrere Unternehmen auf den Bau der Maschinen selbst konzentriert.

Dazu gehören Desktop Metal (das mit der amerikanisch-israelischen Firma Stratasys fusioniert), MarkForged und Formlabs, ein 2-Milliarden-Dollar-Unternehmen am Rande eines Einkaufszentrums in Somerville, das Maschinen für Dentallabore sowie die Spiele- und Unterhaltungsindustrie herstellt. Vor einigen Jahren wurden Formlabs-Drucker verwendet, um das Monster in der erfolgreichen Netflix-Show „Stranger Things“ zu entwerfen.

Nach Angaben des Beratungsunternehmens Wohlers Associates hatte der weltweite Markt für additive Fertigung im vergangenen Jahr einen Wert von rund 18 Milliarden US-Dollar.

Das ist, um es klarzustellen, nur ein Ausschnitt des weltweiten Fertigungsmarktes. Und die relativ hohen Kosten der additiven Fertigung werden dem Wachstum gewisse Grenzen setzen; Materialien und Ausrüstung kosten tendenziell mehr als in einer traditionellen Fabrik.

Branchenführer und Investoren sagen jedoch, dass es Grund zum Optimismus gibt.

In den Vereinigten Staaten haben zunehmende Rufe nach einer Abkopplung von China das Interesse an der inländischen Produktion gesteigert. Und eine Steigerung der Produktion hier würde vor den Lieferkettenschocks schützen, die mit der Pandemie und dem Krieg in der Ukraine einhergingen.

Washington seinerseits setzt stark auf eine industrielle Transformation.

Der Kongress hat weit über 1 Billion US-Dollar in Infrastruktur, Mikrochips und grüne Energie gesteckt.

Im vergangenen Frühjahr reiste Präsident Biden nach Cincinnati, um den Start von Additive Manufacturing Forward zu feiern, einem vom Weißen Haus vermittelten Vertrag zwischen fünf großen Unternehmen – GE Aviation (jetzt GE Aerospace), Lockheed Martin, Honeywell, Siemens Energy und Raytheon Technologies – mit dem Ziel Ermutigung der kleineren US-amerikanischen Zulieferer der Unternehmen, die additive Fertigung voranzutreiben.

Boeing und Northrop Grumman schlossen sich der Vereinbarung später an.

Elisabeth Reynolds, eine ehemalige Sonderassistentin des Präsidenten für Fertigung und wirtschaftliche Entwicklung, sagt, dass Additive neben Robotik und künstlicher Intelligenz eine der „Grundtechnologien“ der Fertigung des 21. Jahrhunderts sein werden.

Und sie lässt ihrem Wort Taten folgen.

Sie ist jetzt Partnerin bei Unless, einem Investmentfonds, der 75 bis 100 Millionen US-Dollar pro Jahr in Unternehmen investieren will, die an der Spitze des Branchenwandels stehen.

Die Technologie sei einsatzbereit, sagt sie.

„Noch vor fünf Jahren waren wir noch nicht ganz an diesem Wendepunkt“, sagt Reynolds. „Und im Moment sind wir es.“

Hart hatte gerade seine Professur am MIT begonnen, als er beschloss, einen Kurs über additive Fertigung zu unterrichten.

„Ehrlich gesagt“, sagt er, war es eine Chance, „etwas über die Technologie zu lernen.“

Einer seiner Doktoranden war ein deutscher Emigrant namens Martin Feldmann, der vom innovativen Geist Amerikas angetan war.

Sie sprachen darüber, was nötig wäre, um die Technologie durchzusetzen, und im Sommer 2015 beschlossen sie, ein Unternehmen zu gründen und eine Patentanmeldung für einen neuen Typ von 3D-Drucker zu verfassen.

Feldmann verließ das MIT, um einen Prototyp zu bauen. Und als er genug Fortschritte gemacht hatte, machten sie sich auf die Suche nach Kapital.

Greg Reichow, Partner bei Eclipse, einer Risikokapitalgesellschaft aus dem Silicon Valley, war fasziniert.

Damals, sagt Reichow, waren die meisten Valley-VCs besessen davon, den nächsten Durchbruch in den sozialen Medien zu finden. Aber Eclipse sah Chancen in den rund drei Vierteln der Weltwirtschaft, die noch nicht vollständig durch Innovationen verändert worden waren – Sektoren wie Gesundheitswesen, Logistik und Fertigung.

Die additive Fertigung schien ein vielversprechender Weg zur Modernisierung der Fabrik zu sein. Und obwohl die Technologie in mancher Hinsicht beeindruckend war, war sie reif für Verbesserungen.

Einige der industriellen 3D-Drucker auf dem Markt waren relativ günstig und relativ schnell, lieferten aber Teile von geringer Qualität, sagt Reichow. Andere bauten hochwertige Teile, waren aber langsam und teuer im Betrieb. „Das, was uns an Vulcan aufgefallen ist“, sagt er, „ist, dass sie eine neue Technik entwickelt haben, mit der man wirklich alle drei erreichen konnte“: höhere Geschwindigkeit, geringere Kosten und höhere Qualität.

Eclipse stellte eine Startfinanzierung in Höhe von 2 Millionen US-Dollar zur Verfügung. Später investierte das Unternehmen weitere 216 Millionen US-Dollar und wurde damit zum größten Einzelinvestor des Startups, das bisher 355 Millionen US-Dollar eingesammelt hat.

Die Hauptinnovation von VulcanForms bestand darin, Maschinen zu bauen, die um ein Vielfaches leistungsstärker sind als der typische 3D-Drucker – die 150 Laser im aktuellen Modell stellen die ein oder zwei Laser, die in vielen Industriemaschinen zu finden sind, in den Schatten.

Das Unternehmen hat diese Laserleistung genutzt, um Knie- und Hüftimplantatteile mit komplizierten Gitterstrukturen zu bauen, auf die sich Knochen leichter übertragen lassen, sowie komplexe Computerkühlgeräte und kleine Raketentriebwerke.

Bis vor ein paar Monaten waren an jeder Maschine Arbeiter stationiert und überwachten per Video, wie diese Teile Gestalt annahmen. Aber jetzt werden alle Daten an einen zentralen Kontrollraum weitergeleitet, was eine effizientere Überwachung ermöglicht, wenn VulcanForms der Fabrikhalle Maschinen hinzufügt.

Wenn alles nach Plan verläuft, wird das Unternehmen bis zum Jahresende die weltweit produktivste Anlage zur additiven Fertigung von Metallen betreiben.

VulcanForms ergänzt seine additive Fertigung bereits durch Präzisionsbearbeitung und Montage in einem Werk in Newburyport. Und schließlich, sagen die Mitbegründer, könnten sie sich eine Ausweitung dieses Additiv-Plus-Modells im Großraum Boston und darüber hinaus vorstellen.

Daten und Metallpulver sind gut transportierbar.

Was sie anbieten, sagen Hart und Feldmann, ist transformativ: ein Software-Ansatz für die härteste Hardware.

Wenn „die Änderung einer Codezeile es einem ermöglicht, etwas Neues zu tun“, sagt Feldmann, beschleunigt sich alles. Kunden können schnell iterieren und ihre Produkte optimieren, bevor sie auf den Markt kommen, so wie es Technologieunternehmen tun.

Und da sich VulcanForms in den Vereinigten Staaten und nicht auf der anderen Seite der Welt befindet, können diese Kunden die Fabrik regelmäßig besuchen und aus dem, was sie sehen, lernen.

In gewisser Weise ist es ein Rückblick auf die Art und Weise, wie Amerika Dinge gebaut hat, bevor so viele seiner Fabriken geschlossen wurden. Design und Produktion waren eng miteinander verflochten – sie befruchteten sich gegenseitig und spornten Innovationen an.

VulcanForms ist eine neue Technologie für einen alten Ansatz. Und wir wetten, dass sich diese Kombination auszahlen wird.

„Das Ziel besteht nicht darin, ein 2-Milliarden-Dollar-Unternehmen aufzubauen“, sagt Feldmann, als er an einem kürzlichen Nachmittag an einem Konferenztisch direkt neben der Fabrikhalle sitzt. „Wir wollen ein 100-Milliarden-Dollar-Unternehmen aufbauen.“

David Scharfenberg ist unter [email protected] erreichbar. Folgen Sie ihm auf Twitter @dscharfGlobe.