Druckwelle – ingenieur.de-Podcast zur Additiven Fertigung

Druckwelle – ingenieur.de-Podcast zur Additiven Fertigung

Folge 73 - Sensoren in Bauteile eindrucken

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Damit Maschinen und Werkzeuge fit sind für die Industrie 4.0, müssen sie kontinuierlich Zustands- und Belastungsdaten übermitteln. Dazu braucht es Sensoren mit Sendern.

Bislang werden die Sensoren meist manuell auf die zu überwachenden Komponenten aufgebracht, beispielsweise geklebt. Das Problem daran: Die manuelle Applikation ist oft nicht präzise genug – schließlich arbeiten die Sensoren im µm-Bereich, um Vibrationen, Beschleunigungen oder kleinste Verformungen zu registrieren.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT umgehen das Problem, in dem sie das Messgitter der Sensorik auf die Bauteile aufdrucken – oder sogar in die Bauteile eindrucken. Das passiert mittels Material-Jetting. Zum Einsatz kommen dabei spezielle, leitfähige Tinten.

Details zu diesem Ansatz erklärt Samuel Moritz Fink, ILT-Gruppenleiter Dünnschichtverfahren, im Podcast „Druckwelle“, Folge 73.

Folge 72 - Fertige Mikrooptiken in Serie gedruckt

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Optische Systeme sind teuer, weil Linsen geschliffen, aufeinander abgestimmt und montiert werden müssen. Die Printoptix GmbH ändert das gerade. Das Stuttgarter Jungunternehmen erzeugt ganze Baugruppen in optischer Qualität in einem Schritt. Nacharbeiten und Montage entfallen. Möglich machen das die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) sowie proprietäres Prozesswissen.
In dieser Folge erklärt Geschäftsführer Nils Fahrbach die Details, in verständlichen Worten.
Anwendungsfelder der Innovation finden sich in der Laser- und Medizintechnik sowie im Bereich Augmented Reality.
Eine Serienfertigung ist bereits realisiert, eine Massenfertigung – etwa für Smartphones – zumindest denkbar.

Folge 71 - Bauteile aus Faserverbund – ganz ohne Form!

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Der Leichtbau gehört zweifelsohne zu den Megathemen in der Produktionstechnik – schließlich verspricht er Ressourceneffizienz und Energieersparnis.

Gerne genutzt werden in diesem Zusammenhang Faserverbundwerkstoffe, also etwa CFK oder GFK.

Problematisch dabei: Meist müssen zunächst mit großem Aufwand Formen geschaffen werden, in denen sich Fasern und Matrixmaterial verbinden können.

Dass es auch anders geht, beweist die AMC GmbH (Automotive Management Consulting). Die Oberbayern haben die „xFK in 3D“-Technologie entwickelt.

Kernidee: Roboter legen vorimprägnierte Fasern im Raum aus. Möglich machen das geschickt positionierte Umlenkkörper, die später aus dem Bauteil entfernt werden können. Ergebnis sind ultraleichte und hochfeste Bauteile.

In der Produktion eingesetzt werden neben Kohle- und Glasfasern auch verschiedene Naturfasern – denn Nachhaltigkeit ist für AMC-Chef Rainer Kurek eine Herzensangelegenheit. Details zum Verfahren erklärt er in dieser Folge.

Folge 70 - Schnell und günstig zu besseren Spritzgießformen

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Wer eine klassisch hergestellte – also gefräste – Spritzgießform will, muss regelmäßig rund acht Wochen darauf warten.

Deutlich schneller geht es mit einer Technologie, die gerade in Rostock entwickelt wurde. Sie verspricht aber nicht nur eine Zeitersparnis – sondern obendrein bessere Produkte für weniger Geld.

Wie das möglich ist? Natürlich per additiver Fertigung! Sie erlaubt die Integration konturnaher Kühlkanäle, also kürzere Zykluszeiten.

Beim Drucken setzen sie die Hansestädter aber nicht auf das pulverbettbasierte Laserschmelzen – was teure Anlagen und hochpreisige Materialien voraussetzen würde.

Ihre Zauberformel heißt „Composite Extrusion Modeling“. Dabei wird MIM-Granulat (Metal Injection Molding) per Schmelzschichtung in Form gebracht, dann entbindert und abschließend gesintert.

Verarbeitet wird das vergleichsweise günstige MIM-Material auf Druckern des Rostocker Jungunternehmens AIM3D.

Details zum Verfahren erläutert in dieser Folge Hermann Seitz, Inhaber des Lehrstuhls für Mikrofluidik an der Universität Rostock.

Folge 69 - Feine Schokolade in filigranen Formen

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Die Traditions-Konditorei „Café Baumann“, gegründet 1908, setzt auf die additive Fertigung. Ihr Ziel: individualisierte Objekte aus Schokolade. Die süße Köstlichkeit wird bei den Koblenzern allerdings nicht unmittelbar per Schmelzschichtung in Form gebracht – das wäre bei dreistelligen Losgrößen unwirtschaftlich und zu langwierig. Gedruckt wird stattdessen zunächst eine Positivform des Zielobjekts. Diese wird anschließend in einer Vakuum-Tiefziehmaschine zur Negativform umgewandelt. Es wird also eine erwärmte Folie an die Positivform gezogen. Damit dabei alle Feinheiten des Originals im Kunststoff abgebildet werden, müssen winzige Luftkanäle in die Positivform integriert werden. Diese Erfahrung jedenfalls hat der Geschäftsführer der Confiserie, Konditor-Meister Felix Warnecke-Brühl gemacht. Er erläutert in dieser Folge außerdem, wie die Druckdateien entstehen, wie die fertigen Formen gefüllt werden, was die Schokoladen-Objekte kosten, wie man sie ordert, welche Variationen möglich sind und – last but not least – wie sie schmecken.

Folge 68 - „Makro-SLM“: Metallteile aus einem gigantischen Pulverbett

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Der große Vorteil des klassischen, filigranen Metalldrucks im Pulverbett (Selective Lasermelting, SLM) ist die hohe Auflösung und die daraus resultierende Endkonturnähe der Bauteile. Möglich machen das feine Pulverschichten (30 µm bis 50 µm) und winzige Laserspots.

Unter diesen Voraussetzungen dauert der Herstellungsprozess allerdings stets sehr lange – und trotzdem müssen die Bauteile regelmäßig nachbearbeitet werden, etwa an Funktionsflächen.

Forschende des Laserinstituts der Hochschule Mittweida (LHM) haben sich deshalb überlegt, alles zwei bis drei Nummern größer zu machen: Ihre Pulverpartikel können einen Durchmesser von mehreren Millimetern haben, ihre Laserspur kann auf bis zu 6 mm verbreitert werden. Entsprechend stark muss die Strahlenquelle natürlich sein: Bisher sind 4 kW erprobt, 16 kW sollen es vielleicht werden. Ziel sind Aufbauraten von bis zu 10 kg/h im Stahlbereich – pro Laser.

Die Sachsen arbeiten gerade an einem Drucker mit einem 4 m3 großen Bauraum. Was in diesem Giganten entstehen kann, wie die Schutzgasführung gelingt und welche Kosten bei Hardware und Materialien anfallen, erklärt in dieser Folge André Streek, Professor für die lasergestützte additive Fertigung und die Digitalisierung von Laserprozessen.

Folge 67 - Saubere Autos dank 3D-Druck

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Pkw-Hersteller und deren Zulieferer stehen unter Zugzwang: Die EU plant einen Grenzwert für Feinstaub-Emissionen aus Bremsabrieb von 7 mg/km. Die tatsächlichen Werte liegen aktuell aber zwischen 10 mg/km und 40 mg/km. Helfen will die HPL Technologies GmbH. Das Aachener Jungunternehmen stellt Bremsscheiben her, die fast gar keinen Feinstaub mehr verursachen. Außerdem rosten die Bauteile angeblich nie. Und sie senken – dank einer Gewichtsreduktion – den CO2-Ausstoß bzw. den Energiebedarf jedes Fahrzeugs. Wie das möglich ist? Mit einem speziellen Schichtsystem, erzeugt per 3D-Druck. Details dazu verraten in dieser Folge die Gründer des Unternehmens: Johannes Henrich Schleifenbaum und Phillip Utsch.

Folge 66 - Eos: Mehr Nachhaltigkeit durch neue Materialien und Technologien

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Klingt fast zu gut, um wahr zu sein: Ein komplett CO2-neutrales Polymerpulver für die additive Fertigung!?
Das Unternehmen Eos hat es entwickelt! Gewonnen wird es aus Rizinusbohnen. Und die klimaschädliche Konsequenzen
von deren Anbau werden durch Investitionen in Umweltprojekte kompensiert. Der Name des Materials: „Eos PA 1101 ClimateNeutral“.

Auch im Metallbereich haben die Bayern Innovationen am Start, die den CO2-Fußabdruck der Produktion verkleinern:
Ein Beispiel ist die Software-Lösung „SmartFusion“. Sie erlaubt es, deutlich weniger Stützstrukturen drucken zu müssen.
Ergebnis: Es wird sowohl Material als auch Energie gespart!
Wie das möglich ist, erklärt in dieser Folge die Eos-Regionaldirektorin für die DACH- und Benelux-Region: Tina Schlingmann.
Sie gibt außerdem eine Überblick über sonstige Material- und Maschinen-Innovationen des Unternehmens.

Folge 65 - Glas drucken, ohne zu sintern

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Bislang konnte Glas nur 3D-gedruckt werden, wenn am Ende gesintert wurde – bei weit über 1000 °C. Das schränkte die Wahl der möglichen Substrate deutlich ein. Computerchips beispielsweise halten solche Temperaturen nicht aus.
Forschende aus Karlsruhe haben nun eine Lösung gefunden, mit der Quarzglasstrukturen bei nur 650 °C entstehen. Möglich macht das ein hybrides organisch-anorganisches Polymerharz, dass mittels Zwei-Photonen-Polymerisation in Form gebracht wird.
Mit dem neuen Verfahren können u.a. winzige Sensoren, Linsen oder 3D-Lichtleiterbahnen gebaut werden. Details verrät in dieser Folge Forschungsleiter Jens Bauer vom Institut für Nanotechnologie (INT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Folge 64 - Ahoi, Herr KaLeu! – 3D-Druck bei Bundeswehr und Marine

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Die Bundeswehr sieht in den aktuellen Nachrichten oft nicht gut aus:
Da ist die Rede von veraltetem Material, mangelnder Motivation, überbordender Bürokratie...
In der Praxis ergibt sich ein anderes Bild – zumindest, wenn es um die additive Fertigung geht.
Der Moderator dieses Podcasts – Stefan Asche – der nicht an der Waffe, sondern im Behindertenwohnheim gedient hat,
durfte mit Kapitänleutnant Sascha Hartig und dem Bundesbeamten Dr. Felix Zimmer darüber reden,
was auf See, an Land und in der Luft in Sachen 3D-Druck passiert.
Spoiler-Alarm: Das ist weit mehr, als Sie denken… Deshalb: Reinhören!

Über diesen Podcast

Ohne dritte Dimension ist alles flach. Additive Fertigung ist der Trend in der Produktion und Industrie. Bei Druckwelle holen wir führende Köpfe der Additiven Fertigung vors Mikrofon, die Ihnen 3D-Druck plastisch erklären. Die Experten erläutern neue Drucktechnologien und Materialien. Sie bewerten Entwicklungen und geben Praxis-Tipps.

VDI-nachrichten-Redakteur Stefan Asche beschäftigt sich seit Jahren mit der Trend-Technologie. Als Ihr Host präsentiert er immer donnerstags, alle 14 Tage, eine neue Folge Druckwelle.

von und mit ingenieur.de in Kooperation mit VDI nachrichten

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