Der 3D-Druck überflügelt alle Technologiebereiche
Eine Studie des Europäischen Patentamts kommt zu dem Ergebnis, dass die weltweiten Schutzrechtsanmeldungen im Bereich des 3D-Drucks zwischen 2013 und 2020 mit einer durchschnittlichen Rate von 26,3 % anwuchsen.
Foto: U.S. Army / David McNally
Die Studie „Innovationstrends in der additiven Fertigung“ zeigt, dass die Innovation im Bereich der additiven Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, zuletzt sprunghaft angestiegen ist. Das Papier kommt zu dem Ergebnis, dass die weltweiten Patentanmeldungen im Bereich der 3D-Druck-Technologien zwischen 2013 und 2020 mit einer durchschnittlichen Rate von 26,3 % anwuchsen – d.h. in den sieben Jahren fast achtmal schneller als der Durchschnitt aller anderen Technologiebereiche zusammen (3,3 %).
Darüber hinaus ist 3D-Druck vielfältiger geworden. Während früher die Hauptakteure etablierte Maschinenbauunternehmen waren, gibt es inzwischen viel mehr Start-ups und spezialisierte Unternehmen für additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM). Insgesamt wurden seit 2001 weltweit mehr als 50 000 Internationale Patentfamilien (IPF) für 3D-Drucktechnologien angemeldet. Eine IPF steht für eine bedeutende Erfindung, für die in zwei oder mehr Ländern weltweit Patentanmeldungen eingereicht wurden.
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„Diese Studie beleuchtet die Revolution des 3D-Drucks aus einer globalen Perspektive, wobei internationale Patentdaten genutzt werden, um über den Umfang und die Auswirkungen dieses Technologietrends zu berichten“, sagt EPA-Präsident António Campinos. „Europa belegt vier der ersten zehn Plätze für Forschungseinrichtungen bei der Innovation im Segment der additiven Fertigung. Dies ist ein gutes Zeichen für die Zukunft, da der technische Fortschritt in diesem Bereich oft auf die Spitzenforschung in diesen Einrichtungen zurückzuführen ist.“
Deutschland nach Japan auf Platz 3
Die USA belegen im weltweiten Rennen um die AM-Innovation den ersten Platz mit 39,8 % aller mit additiver Fertigung verbundenen IPF zwischen 2001 und 2020. Japan landet mit einem Anteil von 13,9 % auf Platz zwei, dicht gefolgt von Deutschland, das 13,4 % aller IPF in der additiven Fertigung beiträgt. Hier ist jedoch anzumerken, dass Deutschland zwischen 2018 und 2020 deutlich mehr Patentanmeldungen in dem Segment eingereicht hat als Japan. Frankreich (Platz 4) und Großbritannien (Platz 5) landen mit 3,9 % bzw. 3,8 % der weltweiten 3D-Innovationen knapp vor China (Platz 6) und Südkorea (Platz 7), die jeweils 3,7 % bzw. 3,1 % aller IPF in der additiven Fertigung ausmachen.
Europa: Deutschland führt den Markt für 3D-Druck an
Innerhalb der EPA-Mitgliedstaaten sticht Deutschland mit 6700 IPF zwischen 2001 und 2020 als klarer Spitzenreiter heraus und steht für 41 % der gesamten Erfindungsaktivität im Segment 3D-Druck in Europa. Die IPF aus Deutschland sind im Bereich 3D-Drucktechnologien seit 2013 am stärksten angestiegen, von 213 auf über 1100 im Jahr 2020 – das entspricht mehr als einer Verfünffachung. Den zweiten Platz erreicht Frankreich mit insgesamt 1938 IPF gefolgt von Großbritannien mit 1925 IPF. Beide weisen einen IPF-Anteil von jeweils 12 % aus.
Industrietrends in Europa: Deutschland hebt sich in allen Technologiesektoren ab
Ob Maschinen und Prozesse, Anwendungsbereiche, Materialien oder Digitales: Die Anzahl der internationalen Patentfamilien der EPA-Mitgliedstaaten wird von Deutschland angeführt. Ein genauerer Blick auf die Anwendungsgebiete zeigt, dass Deutschland zwar in allen acht Sektoren den größten Beitrag leistet, aber in den Technologiefeldern Werkzeugmaschinenbau, Konsumgüter, Transport und Elektronik klar dominiert. Bei der Spezialisierung auf einzelnen Branchen ist Deutschland besonders stark in den Bereichen Schienenverkehr (26 % aller IPF in diesem Bereich), Landfahrzeuge (21 %), Werkzeugmaschinen (18 %), Schuhe (17 %), Luft- und Raumfahrt (15 %) und Energie (15 %).
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Die wenigsten IPF weist Deutschlands in der Kategorie Gesundheit und Medizin auf. Hier sind Frankreich und die Schweiz hervorzuheben. Im Baugewerbe erweist sich Frankreich als echter Konkurrent, während im Energiesektor sowohl Frankreich als auch Großbritannien bemerkenswerte Beiträge leisten. Darüber hinaus haben Antragsteller aus der Schweiz einen relativ hohen Anteil im Lebensmittelbereich.
GE, Raytheon und HP sind vorne
Unter den 20 größten Patentanmeldern im Bereich der additiven Fertigung befinden sich sowohl US-amerikanische als auch europäische und japanische Unternehmen. Die drei führenden Unternehmen General Electric, Raytheon Technologies und HP kommen aus den USA. Auf Platz vier steht mit Siemens ein deutsches Unternehmen, das mit fast 1000 IPF stärkste europäische Unternehmen der letzten 20 Jahre. Mit BASF (8.), Siemens Energy (15.) und MTU Aero Engines (18.) sind drei weitere deutsche Unternehmen unter den Top-20-Patentanmeldern im Bereich der additiven Fertigung vertreten.
Die Fraunhofer-Gesellschaft (221 IPF) und Bosch (209 IPF) nahmen den fünften bzw. sechsten Platz der patentstärksten Unternehmen im 3D-Druck-Segment in Deutschland ein. EOS landete mit insgesamt (200 IPF) auf Position sieben.
Deutsche Firmen stark im Verkehrsbereich
Mehrere deutsche Unternehmen gehören zu den Top-Patentanmeldern bei verkehrsbezogenen Anwendungen der 3D-Drucktechnologie. Siemens landet in der Luft- und Raumfahrttechnik weltweit auf Platz 4, im Bereich (Land-) Fahrzeuge auf Platz 5 und im Schiffbau auf Platz 2. Bei den Landfahrzeugen liegt Bosch sogar auf Platz 2, nach Ford und vor GM.
Obwohl große Maschinenbau-Unternehmen die Rangliste in einer Reihe von Sektoren anführen, besteht das ganze Ökosystem für Innovationen in der additiven Fertigung aus mehreren spezialisierten 3D-Druck-Unternehmen, wie zum Beispiel EOS mit über 200 IPF, und einer lebendigen Start-up-Szene. Das zeigt die Vielzahl kleinerer Unternehmen in den Statistiken des EPA. Neben größeren Unternehmen leisten also KMU und Start-ups einen wichtigen Beitrag zur Innovation des 3D-Drucks in Deutschland. Darunter befinden sich Firmen wie Voxeljet AG, Realizer GmbH, BigRep GmbH, Innotere GmbH oder die Merz Dental GmbH. Sie unterhalten ein bedeutendes Portfolio an Patenten in der additiven Fertigung und haben sich auf 3D-Druck spezialisiert, um ihre Geschäftsentwicklung zu unterstützen.
Die Rolle der Forschung bei Innovationen
Auch Hochschulen und öffentliche Forschungseinrichtungen tragen erheblich zur Innovation im Bereich 3D-Druck bei. Etwa 12 % der IPF für den 3D-Druck haben Universitäten oder öffentliche Forschungseinrichtungen eingereicht. Das ist fast doppelt so hoch ist wie ihr typischer Anteil (7 %).
Von den zehn führenden Universitäten, öffentlichen Forschungseinrichtungen und Krankenhäusern befinden sich fünf in den USA. Eindeutiger Spitzenreiter ist jedoch die deutsche Fraunhofer-Gesellschaft, die mit 221 IPF sogar weltweit Platz 21 der anmeldestärksten Unternehmen im Bereich der additiven Fertigung erreicht. Weitere deutsche Forschungseinrichtungen mit bedeutenden Aktivitäten im 3D-Druck-Segment sind das Karlsruher Institut für Technologie (33 IPF), die TU München (27), das Max-Planck-Institut (26), die TU Dresden (21) sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (20).
Globaler Markt für additive Fertigung soll auch zukünftig weiter stark wachsen
Der Markt für additive Fertigung hat in den letzten Jahren ein starkes Wachstum erfahren. Der Branchenumsatz belief sich nach Schätzungen von Wohlers Associates auf 18 Mrd. $ (16,17 Mrd. €) im Jahr 2022. Er hat sich damit von 6 Mrd. $ im Jahr 2016 verdreifacht. Zudem spielte der 3D-Druck während der Pandemie eine entscheidende Rolle bei der Umstellung auf eine lokale Produktion. Dadurch konnte die Abhängigkeit von internationalen Lieferketten verringert werden. Prognosen zufolge könnte der globale Markt bis 2028 ein Volumen von 50 Mrd. $ erreichen.
Die auf Patentdaten beruhenden Untersuchungen des EPA bieten einen frühen Einblick in die künftigen Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks. Da Patente Monate oder sogar Jahre vor dem Erscheinen von Produkten auf dem Markt angemeldet werden, können Patentinformationen die Richtung angeben, in die sich Technologien entwickeln. Dieser Bericht zeigt, wie wichtig der 3D-Druck für die Förderung von Innovation und Nachhaltigkeit in verschiedenen Sektoren auf der ganzen Welt ist. Er folgt auf die Veröffentlichung des ersten Berichts des EPA über Patente und 3D-Druck im Juli 2020, der sich ausschließlich auf europäische Patente konzentrierte.
