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3D-Druck Additive Manufacturing: 3D-Druck de luxe?

Autor / Redakteur: Nikolaus Fecht / M.A. Frauke Finus

Während in den Medien das Hype-Thema 3D-Printing für jedermann kursiert, setzen Aachener Forscher auf Laser Additive Manufacturing (LAM). Doch was bringt die Technologie der Industrie, ist es mehr als nur 3D-Druck de luxe?

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
Kennzeichen 3D: Im Laserschmelz-Verfahren lassen sich Bauteile aus Metall (hier das Modell eines Planetengetriebes) fertigen, die aufgrund ihrer komplexen Geometrien mit konventionellen Verfahren kaum oder nicht herstellbar wären.
Kennzeichen 3D: Im Laserschmelz-Verfahren lassen sich Bauteile aus Metall (hier das Modell eines Planetengetriebes) fertigen, die aufgrund ihrer komplexen Geometrien mit konventionellen Verfahren kaum oder nicht herstellbar wären.
(Bild: Audi)

Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen entstanden zwei bereits in der Praxis langjährige bewährte LAM-Verfahren zum endkonturennahen Reparieren beziehungsweise Fertigen von Metallbauteilen: das Laserstrahl-Auftragsschweißen (LMD: Laser Material Deposition) und das selektive Laserschmelzen (SLM: Selective Laser Melting). Doch der Schub nach vorne kommt erst mit schnelleren Verfahren. So hat das Fraunhofer-ILT die Aufbauraten beim SLM seit 2003 von 1 auf 20 mm3/s erhöht.

Nötig ist maßgeschneidertes Pulver

Die Experten aus Aachen optimieren aber auch die Prozesse. „Man sollte die Aufbaurate individuell anpassen“, erklärt Adj. Prof. Dr. Ingomar Kelbassa vom ILT. „Nachdem die Außenkontur mit hoher Genauigkeit langsam aufgebaut wurde, lässt sich der grobe Kern sehr schnell schichtweise erzeugen.“ Ein Beispiel ist ein Bauteil aus Edelstahl, dessen Kontur mit 50 µm dicken Schichten (Laserleistung: 350 W; Strahldurchmesser: 200 µm) und dessen Kern mit 200 µm Schichten (1000 W/1000 µm) entstand. Um derartige Herstellprozesse weiter zu beschleunigen, arbeiten die Aachener mittlerweile in Sachen SLM sogar mit noch größerer Laserleistung.

Probleme gäbe es noch bei den Rohmaterialien, den Metallpulvern: Sorge bereitet Kelbassa beispielsweise der zum Teil sehr hohe Anteil von Reststickstoff in den Legierungen. „Der hohe Stickstoffanteil in Nickelbasis-Legierungen wie beispielsweise Inconel 718 führt zu Bildung von Titannitriden, die Mikrorisse in der Werkstoff-Matrix induzieren“, nennt der Experte die Folgen. „Das Problem besteht darin, dass viele Metallpulver bereits vor Jahrzehnten für thermische Spritzverfahren entwickelt wurden. Doch es gibt bisher keine für LAM maßgeschneiderten Pulver.“ Außerdem vermisst der Wissenschaftler auch die entsprechende Software. Kelbassa: „Leider gibt es bisher für die Process-Guys wie uns keine CAD-Software und Simulationstools für echtes, dreidimensionales Multimaterial-Design noch für filigrane Geometrien wie dünnwandige Gitterstrukturen.“

Traum vom beweglichen 3D-Modellen

„Doch welche neue Geschäftsmodelle sind für Sie denkbar?“, fragt Prof. Dr. rer. pol. Frank Piller potenzielle Anwender bei einem Workshop der neu gegründeten ACAM Aachen Center for Additive Manufacturing GmbH. Die Ideen verblüffen sogar den Inhaber des Lehrstuhls für Technologie und Innovationsmanagement an der RWTH Aachen: Ein PR-Manager träumt von beweglichen 3D-Modellen, welche Kunden die Leistungsfähigkeit von neuen gigantischen Werkzeugmaschinen quasi live und in Farbe demonstrieren – also als „virtuelle Maschine zum Anfassen“. „Spareparts on demand“, kann sich ein anderer Zuhörer vorstellen. Denkbar wäre für ihn ein weltweites Netzwerk von 3D-Printing-Shops, die für Konzerne das Drucken von Ersatzteilen übernehmen.

Als sehr interessant bezeichnet ein Teilnehmer den Einsatz bei komplex geformten Bauteilen, die sich nur additiv fertigen lassen. Piller findet das Beispiel gut, warnt aber gleich: „Kalkulieren Sie das Geschäftsmodell mit Blick auf die gesamten Kosten sehr genau und bringen sie diese in Relation zum möglichen Leistungs- und Qualitätsgewinn.“ Eine sicherlich gut gemeinte Warnung, die – mit Blick auf die euphorische Stimmung bei manchen 3D-Print-Projekten – angebracht ist. Piller weiß übrigens, wovon er spricht, denn er ist selbst an einem 3D-Print-Unternehmen (Doob AG in Düsseldorf) beteiligt.

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