Ermöglicht die additive Fertigung eine flexible, stressresiliente und nachhaltige Produktion – zum Wohle der Gesellschaft, der Wirtschaft und der Umwelt?

Eine Antwort auf diese globale Frage verspricht ein White Paper, das Fraunhofer-Forscher zusammen mit Kollegen der ETH Zürich und Experten des Weltwirtschaftsforums erarbeitet haben. Die Inhalte werden in dieser Folge präsentiert von einem der maßgeblichen Autoren: Matthias Schmitt vom Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen 3D-Drucker entwickelt, mit dem Weltraumreisende ihre Wunden künftig versorgen sollen. Das Gerät sieht aus wie ein Packbandabroller. Es spendet allerdings keine schnöde Klebefolie, sondern lebende Pflaster.
Diese Pflaster bestehen aus zwei Komponenten: Einer Biotinte mit menschlichen Zellen sowie einem „Crosslinker“. Im Druckkopf werden beide Materialien vermengt und bilden ein Gel aus, dass auf Wunden haftet – auch unter Bedingungen der Schwerelosigkeit.
Sollte sich die Technik durchsetzen, könnte sie auch auf der Erde eingesetzt werden – etwa in entlegenen Gebieten. Ziel ist u. a. eine schnellere Wundheilung. Details erläutert in dieser Folge DLR-Projektleiter Michael Becker.

Glas ist toll: Es ist resistent gegenüber Chemikalien, hitzebeständig, kratzfest und obendrein leicht zu recyclen. Damit ist es den meisten Kunststoffen in allen Belangen überlegen. Obendrein sind die Rohstoffe zur Erzeugung des Werkstoffs vergleichsweise billig.

Dennoch begegnen uns im Alltag überall Kunststoffe – auch dort, wo Glas vermutet werden könnte. (Ein Beispiel sind Kamera-Optiken in Smartphones.) Grund dafür ist der hohe Energiebedarf bei der Glasherstellung.

Dieses Manko hat das Unternehmen Glassomer beseitigt. Die Freiburger nutzen 3D-Drucker und Spritzgiessmaschinen, um Produkte aus reinem, voll transparentem Quarzglas herzustellen. Dabei muss in keinem Produktionsschritt die Schmelztemperatur des Werkstoffs erzeugt werden. Möglich machen das die „Glassomere“. Details zu diesem erstaunlichen Material verrät in dieser Folge der wissenschaftliche Leiter und Mitgründer von Glassomer: Frederik Kotz-Helmer.

Der „generative Microguss“ kann eine Alternative sein zum pulverbettbasierten Laserschweißen (LPBF) und zum Binder Jetting – jedenfalls dann, wenn filigrane und hochpräzise Metallteile hergestellt werden sollen.

Das Procedere: Zunächst werden Positivformen aus Wachs schichtweise aufgebaut, dann an einen Gussbaum montiert und in Gipskeramik gebettet.

Anschließend kann das Wachs ausgebrannt und die hohle Form mit Metall ausgegossen werden.

Vorteil: Es lassen sich fast alle schmelzbaren Legierungen verarbeiten. Außerdem entfällt das sensible Pulverhandling.

Details zu dem Verfahren erklärt in dieser Folge Leonie Wallat von der Hochschule Karlsruhe.

Wer 3D-Drucken will, braucht Daten. Um sie zu erzeugen, sind meist Konstruktions- und Programmierkenntnisse erforderlich. Doch es geht auch einfacher – vorausgesetzt, das Bauteil liegt schon mindestens einmal vor. Dann braucht es nur einen 3D-Scanner, mit dem die Konturen optisch abgetastet werden. Das Gerät rechnet die erzeugten Bilder anschließend in verschiedene Druck-Formate um – und schon kann der Baujob gestartet werden.

Wie die einzelnen Schritte im Detail funktionieren, erklärt in dieser Folge Knut Lehmann. Er ist Gold-Partner und einziger Markenbotschafter von Artec 3D in Deutschland. Das Luxemburger Unternehmen zählt zu den führenden Herstellern von 3D-Scannern im industriellen Umfeld.

Wenn Metallteile im industriellen Umfeld gedruckt werden sollen, ist das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen meist das Mittel der Wahl. Doch es gibt Alternativen, etwa das Elektronenstrahlschmelzen. Vorteil: Die eingebrachte Energie wird vom Werkstoff besser absorbiert. Außerdem wird der Strahl nicht mit Spiegeln, sondern im Magnetfeld abgelenkt. Es muss also keine Rücksicht genommen werden auf die Belastbarkeit von Galvoscannern. So kann die Aufbaurate deutlich gesteigert werden.

Auch beim drahtbasierten Auftragsschweißen kann der Elektronenstrahl gute Dienste leisten. Wie das funktioniert – und wo die Unterschiede im Vergleich zum Lichtbogenschweißen liegen – erklärt Thorsten Löwer, CTO der pro-beam GmbH & Co. KGaA, in dieser Folge.

Nur wenige 3-D-Drucker können Endlosfasern in gedruckte Bauteile integrieren. Ganz neu in diesem exklusiven Zirkel ist der „Wizard 480+“. Doch damit nicht genug. Die Maschine des österreichischen Start-ups aps.techsolutions kann angeblich sogar Metall-Litzen ausbringen und einbauen – etwa Kupferdrähte. Als Basis- oder Matrixmaterial können verschiedenste, auch Hochleistungskunststoffe genutzt werden. Ebenfalls druckbar sind Filamente mit Sinterwerkstoffen (etwa Keramiken oder Metalle). Wie die vermeintliche Zaubermaschine funktioniert, erklären in dieser Folge der Elektronik- und Steuerungsexperte Simon Köldorfer sowie der Business Development Manager Andreas Wampl.

Noch zaubern tanzende Laserstrahlen vorwiegend Einzelstücke oder Kleinstserien aus dem Pulverbett. Ein Ziel vieler 3-D-Drucker-Hersteller und -Nutzer ist es aber, auch Massenprodukte additiv zu fertigen – möglichst weitgehend automatisiert. Diesem Ziel ist das Software- und Dienstleistungsunternehmen Materialise jetzt ein großes Stück näher gekommen. Es hat viele hundert Sattelklemmen für den italienischen Fahrradhersteller Pinarello gefertigt. Wie das möglich wurde, erklärt der Technische Projektleiter Philip Buchholz.

Wer kleine, individualisierte Kunststoffteile mit maximaler Detailgenauigkeit in kurzer Zeit braucht, sollte sich die FDR-Technologie (Fine Detail Resolution) von Eos anschauen. Das Konstruieren von teuren Mikro-Spritzguss-Formen wird dadurch obsolet.

Und wer feine Kunststoffteile deutlich schneller als beim klassischen Lasersintern möchte, dem sei die LaserProFusion-Technologie des Unternehmens ans Herz gelegt. Dabei arbeiten nicht eine Hand voll Laser, sondern bis zu 1 Mio. Strahlquellen – parallel!

Auch im Metallbereich haben die Kraillinger Neues am Start. Es geht um „digitale Werkstoffe“. Was das ist – und wo es hilft – weiß Tina Schlingmann. Die promovierte Materialwissenschaftlerin ist neu im Führungsteam von Eos. Sie erklärt alle Details auf der jüngsten „Druckwelle“, dem Podcast zur Additiven Fertigung. Reinhören!

Die Wiener UpNano GmbH baut Strukturen auf, deren Details lediglich 200 nm breit und 500 nm hoch sind. (Zur Einordnung: Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters.) Das Anwendungsspektrum der Technologie ist riesig. Möglich werden beispielsweise Mini-Mechaniken für Produkte aus dem Bereich Consumer Electronic und Medizintechnik. Selbst die Herstellung winziger, hochpräziser Optiken ist kein Problem mehr. Wie das im Detail funktioniert, erklärt in dieser Folge die Mitgründerin des Unternehmens, Denise Hirner.