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Additive Fertigung

3D-Metall-Drucker für Uni Kassel

| Redakteur: Beate Christmann

Prof. Dr. Thomas Niendorf bereitet am 3D-Drucker für Metalle den nächsten Druckvorgang vor – gemeinsam mit seinem Team an der Uni Kassel arbeitet er daran, den Prozess des Druckens zu optimieren.
Prof. Dr. Thomas Niendorf bereitet am 3D-Drucker für Metalle den nächsten Druckvorgang vor – gemeinsam mit seinem Team an der Uni Kassel arbeitet er daran, den Prozess des Druckens zu optimieren. (Bild: Uni Kassel/Andreas Fischer)

Die Universität Kassel wurde mit einem neuen Elektronenstrahl-3D-Drucker für Metalle ausgestattet. Darin wird Metallpulver durch einen Elektronenstrahl geschmolzen. Die Ingenieure wollen mit dem neuen Gerät erforschen, wie sie den Prozess des Druckens optimieren können und welche Metalle sich für den Prozess besonders eignen.

Die Technologie des 3D-Drucks schreitet in riesigen Schritten voran. Der Druck mit Metall allerdings stellt die Ingenieure immer noch vor große Herausforderungen. So ist es nicht verwunderlich, dass leistungsfähige 3D-Metall-Drucker fast ausschließlich in Forschungseinrichtungen zu finden sind. Nun ist dies auch am Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel der Fall: Es wurde mit einem Elektronenstrahl-3D-Drucker im Wert von 750.000 Euro ausgestattet. Finanziert wurde das Gerät zu 100 % von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Ein Team rund um Prof. Dr. Thomas Niendorf arbeitet nun daran, den Prozess des Druckens zu optimieren, um Teile möglichst fehlerfrei zu bauen. Außerdem sucht es nach Metallen, die sich gut für den Druck eignen.

Anlage in Deutschland noch sehr selten

Beim 3D-Drucker an der Universität Kassel wird Metallpulver durch einen Elektronenstrahl geschmolzen. Solche Anlagen sind an deutschen Universitäten noch rar. Anwendung finden sie vor allem in der Hightech-Branche. Da das Verfahren noch nicht für alle Industriezweige ausreichend erprobt wurde, wird es beständig weiterentwickelt. An dieser Stelle leisten die Forscherinnen und Forscher aus Kassel Grundlagen-Arbeit – etwa wenn es darum geht, die physikalischen Eigenschaften der fertigen Produkte an die Bedürfnisse der verschiedenen Branchen anzupassen.

Um einen Gegenstand zu drucken, müssen die Kasseler Ingenieure zunächst ein virtuelles Modell des Objekts anfertigen und die Daten am Computer für den Drucker übersetzen. Jede Schicht, die der Drucker aufträgt, ist nur etwa 30 bis 150 µm dick – das entspricht in etwa dem Durchmesser eines menschlichen Haares. Je nach Größe der einzelnen Teile kann in einem Druckvorgang eine Vielzahl verschiedener Objekte gleichzeitig hergestellt werden. Während des Druckvorgangs beträgt die Temperatur im Inneren des Druckers dabei bis zu 1200° C. Nach dem Druck werden alle Teile von umgebendem Metallpulver befreit, nachbehandelt und geprüft.

Forschung vor allem im Bereicht der Nachbearbeitung

Weltweit dominieren Titanlegierungen beim 3D-Druck mit Metallen. Sie machen rund 80 % des Weltmarktes aus. Zertifiziert sind sie unter anderem für die Biomedizin und die Luftfahrtindustrie. Neben der Suche nach weiteren geeigneten Metallen forschen die Ingenieure der Uni Kassel vor allem im Bereich der Nachbearbeitung und Prüfung der Druckerzeugnisse. Niendorf hebt hervor: „Wir testen jedes Teil, das den Drucker verlässt, auf Stabilität und Beschaffenheit. Dazu stehen uns diverse Röntgendiffraktometer, zwei Rasterelektromikroskope, mechanische Prüfmaschinen und ein Computertomograph zur Verfügung.“

Der Markt für 3D-Druck mit Metallen ist in den letzten fünf Jahren stark gewachsen. Niendorf erklärt: „Die Gegenstände, die wir herstellen sind extrem filigran und komplex. Anders als im 3D-Druck könnte man sie oft gar nicht produzieren.“ Einen Arbeitsplatzverlust für die deutsche Volkswirtschaft erwartet der Wissenschaftler durch die neue Art der Produktion nicht: „Deutsche Hersteller sind führend bei der Erzeugung von Metallpulvern und dem Bau von Anlagen zum 3D-Laserschmelzen.“ Zudem zeigten viele Unternehmen Interesse an Experten für 3D-Druck. Entsprechend groß sei der Bedarf an Fachkräften.

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