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3D-Metall-Druck

Ingenieure drucken Komponenten für die Nutzfahrzeugindustrie

| Redakteur: Rebecca Vogt

An der Technischen Universität (TU) Kaiserslautern nutzen Ingenieure einen 3D-Drucker, um metallische Bauteile herzustellen. Mit den Druckerzeugnissen sollen konventionell gefertigte Komponenten im Nutzfahrzeugbau ersetzt werden. Auch für Maschinenbau und Medizintechnik könne das Verfahren verwendet werden.

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Mit einem Pro-X-DMP-320-Metalldrucker fertigen die Forscher komplexe Bauteile in einem Stück.
Mit einem Pro-X-DMP-320-Metalldrucker fertigen die Forscher komplexe Bauteile in einem Stück.
(Bild: TU Kaiserslautern)

In der Industrie werden 3D-Drucker immer wichtiger – ob bei der Herstellung von Miniaturfiguren aus Plastik, Prothesen aus faserverstärktem Kunststoff oder Bauteilen für Autos. In der Forschung kommt die Technik schon lange zum Einsatz. Auch an der TU Kaiserslautern – hier zum Beispiel am Lehrgebiet für Konstruktion im Maschinen- und Apparatebau (KIMA). Die Ingenieure nutzen die Drucktechnik, um damit unter anderem Komponenten aus Metall für die Nutzfahrzeugindustrie herzustellen. Dabei arbeiten sie eng mit dem Technikunternehmen 3D-Systems zusammen, das den 3D-Metall-Drucker zur Verfügung stellt.

Schicht für Schicht zum fertigen Produkt

Generell wird bei einem 3D-Drucker das gewünschte Objekt Schicht für Schicht aus unterschiedlichen Materialien – wie etwa Kunststoff oder Metall – hergestellt. Die einzelnen Schichten sind sehr dünn. Ihre Größe liegt in einem Bereich von rund 20 μm. Bei Metalldruckern dient als Basis zum Beispiel ein sehr feines Pulver, das aufgeschmolzen wird. Mit der Zeit entsteht aus den einzelnen Schichten nach und nach das Produkt. Dabei liefert eine Entwurfssoftware dem Drucker die genauen Angaben zum Bauteil.

Konventionelle Herstellung ersetzen

Die Kaiserslauterer Ingenieure am KIMA nutzen den 3D-Drucker, um metallische Bauteile zu erzeugen. Ziel ist unter anderem, konventionell hergestellte Komponenten für den Nutzfahrzeugbau – etwa Fahrwerksteile – zu ersetzen und die Methode weiterzuentwickeln. Bei herkömmlichen Verfahren kommen Gießen, Fräsen oder Schweißen zum Einsatz. Der Drucker ermögliche es hingegen, Teile anzufertigen, die eine große Komplexität wie zum Beispiel filigrane Gitterstrukturen aufweisen.

Bionik als Grundlage für das Design

„Mit der Technik lassen sich schnell Ersatzteile herstellen. Zum anderen können wir bei der Konstruktion von Bauteilen einfacher Verbesserungen berücksichtigen, etwa um Gewicht zu reduzieren oder lastgerechtere Strukturen herzustellen“, erklärt Dr. Nicole Stephan, die das Lehrgebiet operativ leitet und auch am Zentrum für Nutzfahrzeugtechnologie (ZNT) forscht. Die Forscher am KIMA setzen bei ihrer Arbeit oftmals auch auf das Vorbild aus der Natur und versuchen nach Möglichkeit ein bionisches Design bei der Konstruktion einfließen zu lassen.

3D-Drucker ermöglicht Fertigung in einem Stück

Das Druckgerät der Baureihe Pro-X-DMP-320 wird den Forschern von Kooperationspartner 3D-Systems zur Verfügung gestellt. Der Drucker sei für die Serienproduktion ausgelegt und komme in der Industrie zum Einsatz. In der firmeneigenen Teilefertigungsniederlassung produziere das Technikunternehmen über eine Million Bauteile pro Jahr.

„Der Drucker besitzt einen Bauraum von 27,5 cm x 27,5 cm x 42 cm. Damit können wir Komponenten, auch für Nutzfahrzeuge, in einem Stück anfertigen, anstatt sie aus mehreren Einzelteilen zusammenzusetzen“, sagt Stephan. „Für uns ist das Verfahren interessant, weil wir damit tragende, strukturoptimierte Funktionsteile realisieren können.“

Die Technik könne in vielen Bereichen zum Einsatz kommen, nicht nur bei Bauteilen für die Nutzfahrzeugindustrie, sondern beispielsweise auch im Maschinenbau oder der Medizintechnik.

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