Egal ob Wohnhäuser, Büroimmobilien, Industriehallen oder Straßen und Brücken – in so ziemlich jedem Bausektor werden Betonfertigteile eingesetzt. Der Markt ist gigantisch. Alleine in Deutschland gibt es etwa 700 Hersteller. Bei komplexen Teilen setzen sie auf Schalungsmodule, die zusammengepuzzelt werden müssen. Oder sie sägen Bretter auf Maß und fügen sie passgenau. Beides ist zeitaufwendig – und entsprechend teuer. Abhilfe schaffen will das Jungunternehmen Aeditive. Die Norderstedter haben den Spritzbeton-Drucker „Concrete Aeditor“ entwickelt. Er basiert im wesentlichen auf zwei Industrierobotern, einer eigens entwickelten Spritzdüse und smarter Software. Details und Einsatzgebiete erklärt Mitgründer und Geschäftsführer Alexander Türk.

Pro Jahr werden in Deutschland rund 75.000 Patienten in den Operationssaal geschoben, um einen Bypass zu empfangen. Damit werden Engstellen oder Defekte im kardiovaskulären System umgangen. Oft besteht dieses aderförmige Gebilde aus einem Polymergewebe. Problematisch daran: Der Kunstfaser-Schlauch setzt sich schnell wieder zu.

Deshalb wollen Forschende aus Kiel nun naturnahe Gefäße auf Basis lebender Zellen im 3-D-Drucker herstellen. Kopf des Teams ist Rouven Berndt, Oberarzt für Herzgefäßchirurgie an der Universitätsklinik Schleswig-Holstein. Er erklärt in dieser Folge, wie der Fertigungsprozess funktioniert und wann die Technik in den klinischen Alltag Einzug halten könnte.

Gut für die Gesundheit, gut für das Gewissen und gut für den Planeten: Das Wiener Start-up Revo Foods hat eine Technologie entwickelt, mit der Geschmack, Textur und Aussehen von Seafood-Produkten genau nachgebildet werden können. Im 3-D-Druckprozess werden Pasten aus Erbsenproteinen, Algenextrakten, Pflanzenfasern und Ballaststoffen geschickt in Form gebracht. Geschäftsführer Robin Simsa erklärt Details.

Man kennt es aus dem Büro-Laserdrucker: Eine elektrostatisch aufgeladene Walze zieht überall dort Toner an, wo sie via Laser entladen wurde. Anschließend legt sie das Pulver auf dem Papier ab. Ein Team um Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger von der TH Köln hat diese Idee nun zum 3-D-Druck-Verfahren weiterentwickelt. Die Forschenden bringen einfach sehr, sehr viele Schichten auf das Papier! Irgendwann entstehen auf diese Weise 3-D-Bauteile. Jedenfalls dann, wenn man den richtigen Toner nimmt. Das funktioniert auch im Weltall, sogar im Multimaterial-Mix.

Das Ziel ist sportlich: Innerhalb von nur einer Sekunde sollen rund 1 Mio. Zellen auf Vitalität geprüft und dann zielgenau auf einem Substrat abgelegt werden. So entstünde pro Sekunde etwa 1 mm3 biologisch aktives Material. Vorgenommen haben sich das vier WissenschaftlerInnen aus Bayern.

Der Physiker im Team ist Heinz P. Huber, Leiter des Laserzentrums der Hochschule München. Er erläutert das Funktionsprinzip: „Wir schießen mit einem Ultrakurzpulslaser von unten auf eine Glasfläche. Auf dieser befinden sich die Zellen, eingebettet in ein Hydrogel.“

Der stark fokussierte Laser erzeuge mit seiner Pulsenergie von 5 µJ und einer Pulsdauer von 500 fs eine winzige Plasmaexplosion unmittelbar unterhalb einer Zelle. Dadurch entstehe eine Druckwelle, die ihrerseits einen Jet ausbilde. „An dessen Spitze fliegt die Zelle“, so Huber, „aber nur kurz.“ Sie lande zielgenau auf einem Trägergerüst oder in einem Nährmedium.

Wie es weitergeht, erklärt der Professor in dieser Podcast-Folge.

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Forscher des Fraunhofer IFAM in Dresden haben ein Produktionsverfahren entwickelt, mit dem sich komplexe Metallteile vergleichsweise leicht herstellen lassen – auch im Weltall. Basis sind 3-D-gedruckte Formen aus Kunststoff. Dort hinein werden erwärmte Metallsuspensionen gegossen. Sobald die Masse ausgehärtet ist, kann entformt und gesintert werden. Das funktioniert auch in Schwerelosigkeit. Interessant ist das einfache Verfahren nicht nur für große Auto-, Luft- und Raumfahrt-Konzerne, sondern auch für kleine Betriebe. Details verrät Mitentwickler Thomas Studnitzky.

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Die verschiedenen Verfahren, mit denen Metallteile additiv gefertigt werden können, werden immer besser, günstiger und produktiver. Dementsprechend gibt es schon Stimmen, die traditionelle Herstellungsmethoden ­– etwa das Metallgießen – auf der roten Liste der aussterbenden Arten sehen. Ob sie recht haben?

Oder könnte der 3-D-Druck nicht vielleicht sogar die Zukunft des Formgusses sein? Die Voxeljet AG ist davon überzeugt. Warum? Weil die Bayern die Formen drucken!
Wie das funktioniert und für wen das interessant ist, erklärt in dieser Folge Tobias King. Er ist u.a. für die Einführung neuer Produkte und Anwendungen zuständig. Der 37-Jährige erläutert außerdem, wie mit den Maschinen des Unternehmens ausschmelzbare Feingussformen hergestellt werden können.

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Ein Forscherteam an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat es geschafft, Flüssigkeiten in 3-D-gedruckte Objekte zu integrieren. Sie können jetzt beispielsweise Tabletten inklusive Wirkstoffe drucken. Oder sie fertigen Bauteile, die während ihrer Nutzungsphase eine etwaige Materialermüdung durch austretende Flüssigkeit anzeigen. Auch selbstheilende Kunststoffe werden mithilfe kleiner, integrierter Depots möglich. Akkus werden dadurch sicherer und langlebiger. Details erklären Wolfgang Binder, Inhaber des Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie und Doktorand Harald Rupp.

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Auf Knopfdruck sollen 3-D-Drucker demnächst funktionierende, gebrauchsfertige Elektromotoren oder andere mechatronische Komponenten ausdrucken. Wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass innerhalb eines Baujobs verschiedenen Materialien verarbeitet und etwaige Leitungen oder gar Sensoren integriert werden können.

Genau daran arbeiten Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV im Projekt Multimaterial-Zentrum Augsburg. Sie nutzen dabei verschiedene Druckverfahren, etwa das selektive Laserschmelzen oder das Kaltgasspritzen. Einblicke in die Forschungen gewährt Dr. Georg Schlick, Leiter der Abteilung Komponenten und Prozesse, Fraunhofer IGCV.“

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Wer den Erdtrabanten als Basis für Reisen zu anderen Planeten nutzen möchte, muss dort eine Infrastruktur aufbauen. Stellt sich die Frage: Woher kommt das benötigte Material? Raufschießen per Rakete ist keine Option. Der aktuelle Nutzlast-Preis liegt bei etwa 3 Mio. $/kg. Zur Einordnung: Ein Ziegelstein wiegt rund 2 kg.
Wirtschaftlicher wäre es, wenn man die Ressourcen vor Ort nutzen könnte. Die sind allerdings knapp bemessen: Viel mehr als Mondstein und -staub ist bisher nicht gefunden worden.

Deshalb haben sich Forscher vom Laserzentrum Hannover (LZH) vorgenommen, den Staub („Regolith“) per Laser in beständige Formen zu bringen. Die ersten irdischen Tests waren vielversprechend. Details verrät der Wissenschaftliche Mitarbeiter Niklas Gerdes in dieser Folge der „Druckwelle“.

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