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Forschung

Wie Siemens bei Additiver Fertigung Forschung und Praxis verbindet

| Autor / Redakteur: Nikolaus Fecht / Simone Käfer

Siemens Berlin startete als Pionier mit dem 3D-Druck von kleinen Turbinenbauteilen aus Metall, um nun auch größere Objekte für den Einsatz im Brennerbereich anzugehen.
Siemens Berlin startete als Pionier mit dem 3D-Druck von kleinen Turbinenbauteilen aus Metall, um nun auch größere Objekte für den Einsatz im Brennerbereich anzugehen. (Bild: Siemens)

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Um das Beste aus der Additiven Fertigung heraus­zuholen, arbeitet Siemens auch intensiv in der Forschung mit. Wo und wie sich diese Zusammenarbeit gestaltet? Alles dreht sich um Berlin.

Additive Manufacturing verlängert das Turbinenleben – lautete eine erstaunliche Botschaft auf der Konferenz des International Center for Turbomachinery Manufacturing ICTM im Februar 2019 in Aachen, organisiert durch das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Auf dem Insidertreffen für die Experten des Turbinenbaus berichtete beispielsweise Dr. Bernd Burbaum von Siemens aus Berlin, wie sich die Lebensdauer von Turbinen mit­hilfe des Laserauftragschweißens verlängert.

Siemens beschäftigt sich auf drei Gebieten mit Additive Manufacturing (AM): In Berlin und dem US-amerikanischen Orlando beziehungsweise Charlotte konzentriert sich die Division Power and Gas auf den metallischen 3D-Druck von Prototypen für Komponenten von Kraftwerksgasturbinen sowie auf die Prozessentwicklung für neue Werkstoffe. Dabei steht die Beschleunigung der Einführung neuer, innovativer Produkte im Mittelpunkt. Es gibt aber auch andere Gasturbinenbauteile wie Verbrennungskomponenten, die bei Siemens bereits per 3D-Druck in Schweden und Deutschland oder in der neu eröffneten Fabrik von Materials Solutions in England serienmäßig hergestellt werden. Siemens bietet das rund um AM aufgebaute Know-how von der Materialauswahl bis zur Zertifizierung des Bauteils auch externen Kunden an, die zum Beispiel aus der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Werkzeug- und Formenbau sowie dem Motorsport stammen. Das geschieht bei Materials Solutions, einer 100-prozentigen Tochter von Siemens, die vor Kurzem im großen Stil mit einer neuen Fabrik mit mehreren Maschinen zur Additiven Fertigung an den Start ging. Die Produktion lässt sich auf eine Kapazität bis 50 3D-Drucker erweitern. Neben dem eigentlichen Drucken geschieht auch das komplette Postprocessing in der Fabrik. Für Siemens ist dies ein Meilenstein in Richtung Industrialisierung von AM.

Der eigene Servicetechniker

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Entwicklungen im 3D-Druck kommen aus Aachen

Der Konzern verdankt diese führende Rolle bei industrialisiertem 3D-Druck auch dem Forschungscampus Digital Photonic Production DPP. Im Forschungscampus kooperieren Partner aus Wissenschaft und Industrie langjährig sowie systematisch an einem gemeinsamen Standort. Er ist angesiedelt im Cluster Photonik auf dem RWTH-Aachen-Campus und bietet Siemens die Möglichkeit, neue Wege in puncto 3D-Druck zu gehen. Inspirieren lassen sich Siemens-Forscher dabei vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und den im Cluster Photonik ansässigen Partnern. Eine wichtige Rolle spielt in diesem Zusammenhang Dr. Thomas Neuenhahn, Head of Manufacturing Center of Excellence bei Siemens, der in Aachen das Campus-Research-Team von Siemens aufgebaut hat. „Diese Partnerschaft mit der RWTH Aachen und den Fraunhofer-Instituten ILT und IPT ist Teil meiner Aufgabe als Leiter des Innovationsmanagements für die Fertigungstechnologien der Power & Gas Division”, erklärt Neuenhahn. Diese Abteilung treibt die Technologieplanung sowie die Vorentwicklung gemeinsam mit der Fachgruppe Additive Manufacturing voran.

Auf dem RWTH-Campus arbeiten 35 Siemens-Angestellt und Studenten auf den Gebieten AM und der mit ihr eng verzahnten digitalisierten Fertigungstechnik. „Wir entwickeln die Grundlagen vor allem in engem Kontakt mit dem in Sachen AM führenden Fraunhofer-ILT, das ich als die Referenzadresse für den metallischen 3D-Druck ansehe”, betont Neuenhahn. „Der Forschungscampus DPP bietet uns perfekte Möglichkeiten zur Zusammenarbeit und zum Austausch mit Hochschulinstituten, anderen Industriepartnern, aber auch mit den Start-ups. Praktisch für uns ist, dass wir die technische Ausstattung des Clusters Photonik und der RWTH Aachen nutzen können.”

Berlin dient als Validierungs­plattform

Doch wie funktioniert die Zusammenarbeit mit den anderen 3D-Druck-Standorten von Siemens? „Wir helfen Berlin, indem wir den Herstellprozess von Prototypen verbessern”, erläutert Doktorand Hamid Jahangir. „Die dort eingeführten Methoden und erzielten Fortschritte helfen den anderen Standorten, etwa in England und Schweden, bei der Optimierung ihrer Prozesse.” Die Erarbeitung wissenschaftlicher Lösungen und ihr Transfer in die industriellen Prozesse in Berlin erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Hochschuleinrichtungen auf dem Campus. Berlin gibt Aachen wiederum das Feedback, wie sich die Lösung in der Praxis bewährt. Kommt sie in Berlin positiv an, folgt der Wissenstransfer zu den anderen Standorten. Berlin dient also als eine Art Validierungs-Plattform.

Die Siemens-Forscher in Aachen schätzen besonders die Campus-­Atmosphäre, die sie zu ungewöhnlichen Aktionen inspiriert. So veranstalteten sie mit dem Fraunhofer-ILT einen Studentenwettbewerb, in dem es um die bessere Kühlung von 3D-gedruckten Turbinenschaufeln ging. Die dabei entstandenen Ideen fließen nun in Design-Konzepte ein: Ein Beispiel ist ein 3D-gedrucktes Ringsegment für den Eingangsbereich der Turbinensektion, also dort, wo die über 1500 °C heißen Gase der Brennkammer auf die Turbinenschaufeln treffen. Dieses Ringsegment wurde bereits in Berlin in einer großen Turbine erfolgreich getestet. Es handelt sich um das weltweit erste 3D-Druck-Bauteil in der Turbinensektion einer großen Gasturbine. Zufriedene Resonanz von Neuenhahn: „Wir konnten hier schnell viel Kompetenz zum Thema Additive Manufacturing aufbauen und eine entsprechende Technologie-Führerschaft auf diesem Gebiet erreichen. Der Forschungscampus Digital Photonic Production DPP hilft uns beim Wissenstransfer zwischen Industrie und Forschung.”

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* Nikolaus Fecht ist freier Journalist aus 45879 Gelsenkirchen

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