Ein Überzeugungstäter 3D-Druck und Leichtbau verändern die Industrie

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Felix Felgenträger studiert „Additive Manufacturing and Lightweight Design“ an der Hochschule Coburg. Das kann man nur dort und in Lichtenfels. Für ihn sind das revolutionäre Ansätze ...

Benötigt Felix Felgenträger heute ein paar Gardinenhaken, dann denkt er nicht darüber nach, wo er sie kauft. Nein, er überlegt, wie er sie per 3D-Drucker herstellt. Einen 3D-Drucker hat der Thüringer schon länger Zuhause in Sonneberg stehen. Und der Prozess Fused Layer Modeling (FLM) ist aus seiner Sicht für so etwas Banales wie Gardinenhaken die ideale Möglichkeit. Für alle, die es nicht wissen: dabei wird thermoplastisches Kunststofffilament (ähnlich dem Mähdraht von Rasetrimmern) aufgeschmolzen, um daraus schichtweise ein Bauteil in Z-Richtung zu machen. Felgenträger erzählt, dass er außer Gardinenhaken zum Beispiel auch Fantasyfiguren aus Welten wie Warhammer oder Star Wars so hergestellt hat. Dafür nutzte er allerdings das Verfahren namens Stereolithografie (SLA) – eine andere Methode, bei der mithilfe von Licht ein flüssiges Kunstharz Schicht für Schicht ausgehärtet wird.

Nach dem Physik-Bachelor zum AM-Master

Die Welt des 3D-Drucks respektive der additiven Fertigung (englisch additive manufacturing) beinhaltet also unterschiedliche Herstellungsverfahren. Fachleute sehen darin eine der bedeutendsten neueren Herstellungsprozesse, um nachhaltigere Produkte zu entwickeln. Deshalb habe sich Felgenträger auch für den Masterstudiengang in Coburg entschieden. Und das, obwohl er erst gar keinen Master machen wollte. Der Sonneberger hat nämlich an der Hochschule Coburg – nur 20 Minuten von seinem Heimatort entfernt – bereits den Bachelorstudiengang „Technische Physik“ absolviert. Für seine Bachelorarbeit entwickelte er ein Pulsmessgerät. Auch dabei kam die passende Halterung aus dem 3D-Drucker. Aber was die additive Fertigung (speziell in Verbindung mit dem Leichtbau) wirklich kann, wurde ihm erst im Masterstudium richtig klar, wie er anmerkt. Die HS Coburg kooperiert dabei mit dem Lichtenfelser Forschungs- und Anwendungszentrum für digitale Zukunftstechnologien (FADZ).

3D-Druck liefert, was die Industrie heute braucht

Bauteile leichter, damit günstiger, und materialeffizienter herzustellen – oder einfach individueller, macht die Themen 3D-Druck und Leichtbau für viele Branchen attraktiv. Im Studiengang AL geht es etwa um Anwendungen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Bauindustrie oder der Medizintechnik, wobei nicht nur Kunststoffe sondern auch Metall gedruckt werden. In drei Semestern werden dabei die Bereiche Maschinenbau, Werkstofftechnik, technisches Produktdesign und Automatisierungstechnik verknüpft. Der Studiengang stehe Bachelorabsolventen unterschiedlicher ingenieurwissenschaftlicher Fachrichtungen offen, erklärt Studiengangleiter Prof. Dr. Markus Stark. Wenn der Leichtbau klappt, muss etwa weniger Masse in Maschinen und Anlagen bewegt werden – das spart das Energie beim Transport und später auch bei der Nutzung. Oder es können für gleiche Ergebnisse kleinere Antriebe genutzt werden. Das sei gut für die Umwelt und gleichzeitig sehr wirtschaftlich. Der Professor betont, dass man nach dieser Ausbildung kaum Probleme hat, einen Job zu finden. Und für die AL-Studenten fänden sich immer interessante Kooperationen und Praxisprojekte, durch die bereits während des Studiums Kontakte geknüpft werden könnten.

Das erwartet Studierende der additiven Fertigung

In einem Praxisprojekt ging es etwa darum, ein Teil für eine Beinprothese zu optimieren (Aufmacherbild). Die Studenten scannten das existierende Objekt ein, überführten es in eine Datei und simulierten, was sich bei verschiedenen Strukturen oder Materialien ändert. Felgenträger hat es etwa mit Kobalt probiert, doch das Material ist schwer und teuer. Doch für hohe Temperaturen um die 600 °C hätte es sich wunderbar geeignet. Simulationen, wie die Finite Element Methode (FEM) und Topologieoptimierungen erlauben dabei das freie Experimentieren mit den Möglichkeiten. Man simulierte zum Beispiel wo hohe Beanspruchungen auftreten, wie Kräfte wirken und wo man Material weglassen kann, ohne Funktionseinbußen zu haben. Und ein Bauteil aus dem Autoinnenraum, das wenig Belastungen ausgesetzt ist, kann etwa als Gitterstruktur aufgebaut werden. Wo stärkere Kräfte wirken, braucht man aber eine Fachwerkstruktur zum Stützen. Solche optimierten, oft komplexen Konstruktionen können per 3D-Druck dann auch wirklich produziert werden. Und was das Teil für die Beinprothese betrifft, wurde eine optimierte Struktur und ein ideales Material gefunden. Felgenträger merkt an: „Im Endeffekt haben wir ein leichtes Gitterprodukt erstellt. Und statt vorher 600 Gramm wiegt es nun etwa die Hälfte.“

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