Für die Industrieproduktion

Jet-Turbinen aus dem 3-D-Drucker: Uni Kassel entwickelt neue Verfahren

Frisch aus dem Drucker: Diplom-Ingenieur und Abteilungsleiter Florian Brenne arbeitet die fertig gedruckten Teile, die sich noch in einem Metallblock befinden, heraus. Foto: Fischer

Kassel. Eine Jet-Turbine aus dem 3-D-Drucker? Am Institut für Werkstofftechnik der Uni Kassel wird zu neuen Verfahren der Industrieproduktion geforscht.

Schmieden, Gießen, Drehen oder Fräsen. Das sind die herkömmlichen Verfahren, um Werkstücke, Maschinenteile und Fahrzeuge herzustellen. Doch inzwischen ist ein neuartiges Verfahren auf dem Vormarsch: Produkte werden mittels eines Elektronenstrahls oder Lasers aus Kunststoff- oder Metallpulver Schicht für Schicht in einem Arbeitsgang im 3-D-Drucker hergestellt. 

Firmen wie General Electric in den USA testen bereits Triebwerksturbinen, die in diesem so genannten additiven Verfahren produzierte Bauteile einsetzen.

Thomas Niendorf

Vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie Unternehmen der Biomedizin werde unter Hochdruck an diesem Thema gearbeitet, sagt Prof. Dr. Thomas Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe am Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel. Sein Team ist bei der Erforschung der Grundlagen und des Potentials ganz vorn dabei. In einem 750.000 Euro teuren 3-D-Drucker, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert wurde, stellen die Kasseler Wissenschaftler in haarfeinen Schichten filigrane Strukturen aus geschmolzenem Metallpulver her und analysieren anschließend ihre Robustheit bis hinein in die Mikrostruktur.

Energie wird exakt dosiert

Die Herstellung der Werkstücke, die am Computer bis ins letzte Detail entworfen werden, erfordert einen exakt dosierten Einsatz der Energie des Elektronenstrahls. „Bringen wir zu wenig Energie ein, wird der Werkstoff porös, ist es zu viel, kommt es zu Verwerfungen“, erklärt Niendorf.

Florian Brenne

Häufig kommen Legierungen aus Titan zum Einsatz. „Dieses Metall hat eine hohe Festigkeit und zugleich eine geringe Dichte“, sagt der Wissenschaftler. Im 3-D-Drucker können Bauteile aus Titan deutlich filigraner angefertigt werden als in herkömmlichen Verfahren. „Das spart beispielsweise Gewicht in einem Flugzeug und damit letztlich Kosten“, erklärt Niendorf. So entwickelt und testet Diplom-Ingenieur Florian Brenne beispielsweise spezielle Halteklammern für Flugzeuge.

Das additive Verfahren spart auch Material, weil kein Material abgetragen werden muss. „Die Effizienz ist extrem hoch“, erklärt Niendorf. Die Kasseler experimentieren mit unterschiedlichen Legierungen und Formen. Die Sicherheit des Bauteils ist oberstes Gebot. „Da gehen wir ans Limit“, sagt er.

Gedruckte Werkstücke: Diese aus Metallpulver gedruckten Teile benötigen vergleichsweise wenig Rohstoff und sind dennoch sehr stabil. Im Labor werden sie auf Festigkeit, mögliche Mikrorisse und Elastizität getestet. Foto: Fischer

Viele Unternehmen fragten nach geeigneten Einsatzmöglichkeiten für die neuen Verfahren, berichtet Niendorf. Er sieht auch abseits der Hightech-Branchen Chancen. „Überall, wo eine Idee schnell zum fertigen Produkt werden soll, macht der Einsatz des Verfahrens Sinn.“ Auch die Autoindustrie habe großes Interesse. „Die dort erforderlichen hohen Stückzahlen sind aber eine hohe Hürde“, meint Niendorf. Denn der eigentliche Druckvorgang für ein einzelnes Bauteil sei noch recht zeitaufwändig. Man untersuche deshalb, ob man ganze Baugruppen in einem Stück drucken kann.

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