Additive Fertigung (im Englischen „Additive Manufacturing“ (AM)), auch bekannt als 3D-Druck, ist eine Schlüsseltechnologie für verschiedene Anwendungsfelder, in einigen davon ist Deutschland bereits sehr gut aufgestellt. Dieses transdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsfeld liegt im Fokus von AMBER. Genauer gesagt, spezialisiert sich der Zukunftscluster-Finalist auf folgende drei Bereiche: Personalisierte Medizintechnik, neue Materialien und Verfahren für AM sowie AM mit biobasierten Werkstoffen.

Ziel ist es, Partner aus der Hauptstadtregion sowie aus regionalen Netzwerken auf Basis exzellenter Ergebnisse aus grundlegender Forschung auf dem Gebiet der AM und darüber hinaus mit weiteren zukunftsweisenden Forschungsfeldern in einem inter- und transdisziplinären Cluster zu verbinden. AMBER vernetzt die Akteure aus der Forschung der additiven Fertigung in der Region Berlin-Brandenburg mit der Industrie zur Erschließung neuer Anwendungsfelder und Geschäftsmodelle. Damit soll ein innovatives AM-Ökosystem geschaffen werden, das dazu beiträgt, die Hauptstadtregion - unter Einbeziehung von Nutzern, Kunden und Gesellschaft - zu einem Katalysator für: (i) die schnelle Überführung von Ergebnissen aus der Grundlagenforschung in innovative Anwendungen, (ii) die Erschließung neuer Geschäftsmodelle, (iii) den nachhaltigen Kompetenzaufbau und (iv) die Schaffung von Arbeitsplätzen zu machen.

Im Fokus des Zukunftscluster-Finalisten stehen innovative AM-Forschungsergebnisse aus den drei Bereichen Personalisierte Medizintechnik (von Organmodellen zu gedruckten Prothesen), Neue Materialien und Verfahren für AM (von Leichtbau zum 3D-Druck im Weltraum) und AM mit biobasierten Werkstoffen (via Funktionsintegration zu neuen Anwendungen). Darüber hinauserwarten die Beteiligten ein hohes disruptives Potenzial der AM an den Schnittstellen zu den anderen zukunftsweisenden Forschungsgebieten, z.B. Biokatalyse und Optoelektronik, und planen dieses in Vorausschauprojekten gezielt zu adressieren.

Bioprinting kann die adressierte transdisziplinäre Spannbreite von konkreten Ergebnissen exemplarisch darstellen. Der Biodruck von Organmodellen zu Forschungszwecken verfolgt zwei zentrale Ziele: Durch die Verwendung der Organmodelle soll, den Bedarfen der Gesellschaft entsprechend, die Zahl der Tierversuche verringert werden. Das zweite große Ziel ist die Etablierung humanisierter Forschungsmodelle, um pathophysiologische Zusammenhänge besser zu verstehen und neue Wirkstoffe entwickeln zu können. Derzeit liegt der Fokus in der biomedizinischen Forschung eher auf zweidimensionalen Zellkulturen, die die dreidimensionale Organisation biologischer Gewebe nicht korrekt abbildet, und auf Tiermodellen. Aufgrund Spezies-spezifischer Unterschiede sind die Tiermodelle aber nur bedingt aussagekräftig. Dies ist der Grund, warum zahlreiche Substanzen, die präklinisch entwickelt werden, in der klinischen Testung am Menschen scheitern. Mit 3D-Organmodellen sollten die Speziesdifferenzen überwunden werden können, so dass die menschliche (Patho-)Physiologie untersucht werden kann. Ein langfristiges Ziel des Zukunftscluster-Finalisten besteht darin, mittels Biodruckverfahren den derzeitigen Mangel an Spenderorganen zu überwinden oder zumindest zu verringern. Hierbei sollen Organe gedruckt und in Patienten transplantiert werden.

 In der Konzeptionsphase wurd die Strategie des Zukunftscluster-Finalisten AMBER erarbeitet. Dafür standen die Verantwortlichen in aktivem Austausch mit Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft aus der Hauptstadtregion. Die Konzeptionsphase umfasste die Entwicklung von Projektideen sowie innovationsbegleitender Aktivitäten, welche zur Realisierung der Strategie in der ersten Umsetzungsphase dienen sollen.

Die TU Berlin war im Vorhaben an der Ausarbeitung der Clusterstrategie für die Umsetzungsphase beteiligt und wirkte maßgeblich an der Definition und Präzisierung der Handlungsfelder mit. Ferner übernahm die TU Berlin die Verantwortung für die strategische Positionierung des Clusters in der Region und definiert Entwicklungskorridore für F&E-Fokusthemen. Darüber hinaus übernahm selbige die Einführung der AM-Inhalte in das Curriculum der Universität und die Etablierung regionaler Ausbildungszentren, sowie im Bereich Standort- und Kompetenzmarketing.

Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) wirkte maßgeblich an der Konzeption der F&E-Fokusthemen und an der Einbindung weiterer Forschungsfelder durch die Entwicklung explorativer F&E-Projekte mit. Des Weiteren übernahm sie die Identifikation geeigneter Partner und Wertschöpfungsketten in der Innovationsregion, sowie die Unterstützung von innovativen Ausgründungen und Unternehmensgründungen zur Umsetzung von F&E-Ergebnissen im Themenfeld.

Das Fraunhofer IAP entwickelte sowohl die F&E-Fokusthemen, als auch die Organisations- und Managementstrukturen, sowie die Patentstrategie des Zukunftscluster-Anwärters. Ferner übernahm das IAP die Erarbeitung einer Strategie zur nachhaltigen Unterstützung der regionalen Industrie, insbesondere vor dem Hintergrund der Einbindung bereits existierender Netzwerke im Themenfeld AM.

Das Institut für Zukunftsideen und Technologiebewertung (IZT) entwickelte ein Konzept zur Entwicklung und Unterstützung einer offenen Innovationskultur. Der Fokus lag auf der Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen durch das Technologiefeld AM.

Auf einen Blick

• Projektlaufzeit: 01.05.2020 bis 31.10.2020
• Zuwendung des Verbundes: 199.319,15 € (inkl. Projektpauschale)
• Zuwendungsempfänger: Technische Universität Berlin; Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin; Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Potsdam; IZT – Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung, Berlin
• Weitere Partner, die die Arbeiten der Konzeptionsphase unterstützen:  Charité – Universitätsmedizin Berlin; Freie Universität Berlin; Humboldt-Universität zu Berlin; Berlin Partner für Wirtschaft und Technologie GmbH; Wirtschaftsförderung Land Brandenburg GmbH; Mobility goes Additive e.V.; Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science e.V.;  Verband 3DDruck e.V.; Vereinigung der Unternehmensverbände in Berlin und Brandenburg e.V. (UVB); Innovation Network for Advanced Materials e. V. (INAM); MotionLab ML GmbH; Berlin Tech Academy GmbH
  

Die Realisierung der Ziele und der Vision des Zukunftscluster-Finalisten AMBER leistet einen Beitrag zur Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen. So werden u.a. personalisierte Ansätze in der Medizin, neuartige Zell-Therapieansätze, Gestaltung von Wirtschaft und Arbeit 4.0, ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft und Leichtbau gezielt adressiert.

Ein illustratives Bespiel können die angestrebten Projekte zum Thema Bauwesen sein: Angesichts der globalen Herausforderungen des Klimawandels, schwindender Ressourcen und des dringenden Bedarfs an Wohnraum und Infrastruktur stehen die Planungs- und Herstellungsprozesse im Bauwesen unter einem hohen Transformations- und Forschungsdruck. Mangelnde Produktivitätssteigerung und unzureichende Ressourceneffizienz sind dabei die einige der Hauptprobleme der Bauindustrie, die es zukünftig zu überwinden gilt. Ein langfristiges Ziel des Einsatzes der additiven Fertigung auf Baustellen ist es, die zur Zeit bereits erhobenen Daten der digitalen Bauwerksmodellierung direkt in einen maschinenlesbaren Code umzuwandeln und ohne weitere Zwischenschritte hochfunktionale Bauteile, zum Beispiel mit integrierten Rohrleitungen, additiv im Werk oder auf der Baustelle zu fertigen. Dies würde die Zeit zwischen Planung und Umsetzung von Bauvorhaben durch das Wegfallen zeitintensiver Zwischenschritte deutlich verkürzen und somit die Produktivität des Bauwesens signifikant erhöhen. Ferner kann durch die Einsparung von Material eine höhere Ressourceneffizienz erreicht werden. Ein, in Bezug auf den zurzeit stattfindenden demographischen Wandel, ebenfalls bedeutsamer Vorteil der additiven Fertigung im Bauwesen liegt in der Reduktion der auf Baustellen erforderlichen Arbeitskräfte.