3D-Druck auf dem Vormarsch
Die ausgedruckte Revolution

Steinfurt -

Zahnbrücken, Flugzeugteile und Autokarosserien kommen bereits aus dem 3D-Drucker. Die Technologie erobert immer mehr Industriezweige und läutet ein neues Produktionszeitalter ein. Und das soll erst die Spitze des Eisbergs sein.

Sonntag, 11.02.2018, 01:00 Uhr
3D-Druck auf dem Vormarsch: Die ausgedruckte Revolution
Der 3D-Drucker im Steinfurter Labor für Computersimulationen druckt Objekte mit dem Fused Deposition Modeling-Verfahren (FDM), welches Kunststoffe verarbeitet. Foto: Pjer Biederstädt

Es sieht noch nicht so richtig nach Revolution aus, was im Labor für Computersimulationen der Fachhochschule in Steinfurt aufgebaut ist. Die fast würfelförmigen Maschinen, alle in etwa so groß wie ein mittlerer Röhrenfernseher, türmen Schicht für Schicht flüssigen Kunststoff auf. Die von Technik ein- und ausgeatmete Luft heizt langsam den Raum auf, während es surrt und piept wie in einem Copy-Shop. Obwohl erst zur Hälfte fertig, ist erkennbar, wie das Logo der FH Münster in die Höhe wächst. Was hier wie Spielerei zur Vorführung wirkt, ist in Wahrheit Teil eines technologischen Meilensteins.  

Technik entwickelt sich rasant

Zahnbrücken, Flugzeugteile und Autokarosserien kommen heute schon aus dem 3D-Drucker. Forscher in den USA arbeiten derzeit an der Herstellung von transplantierfähigen menschlichen Organen. Mit rasanter Geschwindigkeit erobert die Technik immer mehr Industriefelder. „Der 3D-Druck wird in Zukunft auf sehr viele Bereiche des Lebens großen Einfluss haben“, sagt Professor Dr. Eckhard Finke, Dekan des Fachbereichs Maschinenbau an der FH.

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Prof. Dr. Eckhard Finke (r.) und Diplom Ingenieur Stefan Averkamp erklären den 3D-Drucker im Labor für Computersimulationen des Fachbereichs Maschinenbau. Foto: Pjer Biederstädt

Doch wie funktioniert der 3D-Druck? „Zunächst muss man verstehen, dass 3D-Druck ein Sammelbegriff für sehr unterschiedliche Verfahren ist, die sich jeweils nur für bestimmte Materialien eignen“, erklärt Finke. Die Drucker, die in Steinfurt stehen, können Teile aus Kunststoff, nicht aber aus Metall herstellen. Und Metalldrucker können keine Betonbauteile fertigen.

Erst verflüssigen, dann härten

Aber alle 3D-Drucker haben einen gemeinsamen Nenner: Sie bauen dreidimensionale Objekte, indem sie verflüssigte oder pulverisierte Materialien wie Kunststoff, Metall oder Keramik computergesteuert aufschichten und anschließend durch physikalische oder chemische Härtungsprozesse verfestigen. Im Fachjargon heißt das additive Fertigung.

Das können die 3D-Drucker im Dentallabor des UKM

Sie gilt als der größte Umbruch der Produktionstechnologie seit Jahrzehnten. Denn seit Menschengedenken haben Konstrukteure unter Materialverschnitt aus einem Rohling ein Produkt geschnitten, geschliffen oder gestanzt. Der 3D-Drucker tut genau das Gegenteil davon. „Und das lässt die Konstruktion komplizierter Geometrien zu, die vorher unmöglich waren“, sagt Prof. Finke.

„Neulich haben wir Turbinenschaufeln gedruckt deren innenliegende Kanäle nicht gerade, sondern geschwungen verlaufen. Das ist nur mit dem 3D-Druck möglich“, macht Diplom-Ingenieur Stefan Averkamp, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, die Chancen deutlich. Die grenzenlose Kreativität in der Gestaltung ist nur ein Plus unter vielen.

Geschäft mit 3D-Druckern boomt

Die verkürzte Zeit vom fertigen konstruktiven Entwurf hin zum ersten Prototypen, mit der erhebliche Kosten eingespart werden können, ist der wohl wichtigste Vorteil - vor allem für die Industrie. Ganze Prozessschritte fallen weg, weil keine Werkzeuge mehr benötigt werden. Auch Änderungen an Prototypen oder am Design sind kurzfristig möglich. „Früher hat die Entwicklung eines Autos etwa sieben Jahre gedauert. Heute sind es drei“, verdeutlicht Finke, der selbst einige Jahre für einen Autokonzern tätig war.

Kein Wunder also, dass das Geschäft mit Druckern, Software und Erzeugnissen aus der additiven Fertigung boomt. Der Umsatz betrug 2016 weltweit rund sechs Milliarden Dollar. 2020, so schätzen Experten, soll er bei über 20 Milliarden Dollar liegen.

Riesiges Potenzial in Industrie und Forschung

Das Potenzial ist nicht nur für die Industrie sondern auch für die Forschung riesig. Das hat die FH früh erkannt. 1997 schaffte der Fachbereich Maschinenbau als einer der ersten in Deutschland einen 3D-Drucker an. Heute stehen fünf im Labor, die auch in der Lehre zu einem wichtigen Bestandteil geworden sind. „Diese beide“, sagt Averkamp und zeigt auf zwei Drucker, „haben Studierende konstruiert und gebaut“.

Nachwuchsingenieuren die Möglichkeit zu bieten, sich in dieser zukunftsträchtigen Sparte auszuprobieren, mache den Standort Steinfurt in Zeiten des akademischen Wettbewerbs attraktiv, sagt Finke.

3D-Druck an der FH in Steinfurt

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  • Am Fachbereich Maschinenbau in Steinfurt, einer Zweigstelle der FH Münster, erklären Prof. Dr. Eckhard Finke und Diplom-Ingenieur Stefan Averkamp wie 3D-Drucker funktionieren.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Bereits seit 1997 arbeitet der Fachbereich mit der Technologie. Hier steht ein frühes Modell eines 3D-Druckers, auch Stereolithografie-Drucker genannt, im Labor für Computersimulation.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Dieser 3D-Drucker wurde von Studierenden als Projektarbeit konzipiert und gebaut.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Der schichtweise Aufbau von Material ist immer computergesteuert. Mit einem CAD-Programm (computer-aided design) wird die Konstruktion per EDV unterstützt.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Stefan Averkamp hat sogar eine kleine Kamera in den Drucker gebaut, sodass er den Aufbau des 3D-Objekt live am Schirm mitverfolgen kann.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Die Drucker, die die FH besitzt, verwenden als Material allesamt Kunststoff.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • In Schnüren sind sie aufgerollt,...

    Foto: Pjer Biederstädt
  • ...und kommen als festes Material am Druckkopf an.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Dort wird es vom „Hot End“ auf 200 Grad erhitzt und in hauchdünnen Schichten aufgetragen.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Nach dem Härtungsprozess entstehen dann Bauteile. Oder eben Spielereien wie kleine, bunte Plastikfrösche. „Aber Frösche sind nicht unsere Steckenpferde“, sagt Stefan Averkamp.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Auch kompliziertere Gebilde sind herstellbar, bei dem Teile unverbunden sind.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Oder lustige.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • Links sieht man eine fertige Zahnradkonstruktion, rechts ist sie noch frisch aus dem Drucker und in einer Art Kokon. Mit einer Wasserdüse kann man den stabilisierenden Kunststoff, der die schwebenden Teile zusammen hält, entfernen.

    Foto: Pjer Biederstädt
  • 3D-Druck im Labor für Computersimulationen Foto: Pjer Biederstädt
  • Diese Exemplar ist nicht selbst gebaut, sondern gekauft. Des Weiteren nutzt die FH auch einen 3D-Drucker, der nach dem Polyjet-Verfahren druckt. Vorteil: Die Oberflächen sind deutlich glatter. Als Modellwerkstoff finden häufig UV-empfindliche Photopolymere Anwendung. Diese Rohmaterialien in Form von Monomeren werden unmittelbar nach dem „Aufdrucken“ auf die bereits vorhanden Schichten mittels UV-Licht polymerisiert und dabei vom flüssigen Ausgangszustand in den festen Endzustand überführt.

    Foto: Pjer Biederstädt

3D-Druck revolutioniert die Welt

Dass der 3D-Druck die Welt revolutioniert, gilt als sicher. Doch wie genau sieht die Revolution aus? Das ist schwer abzusehen. Im privaten Sektor prophezeit der Hochschullehrer einen Aufschwung. Individuelle Geschenke, zum Beispiel Nudeln mit den Initialen des Partners, seien ebenso denkbar wie die Fertigung von Ersatzteilen im 3D-Copy-Shop um die Ecke.

Noch viel größer wird der Einfluss aber auf die Industrie sein. Finke glaubt, dass schon bald mehr Materialien druckbar sein werden. Außerdem werde es Maschinen geben, die additive und subtraktive Verfahren vereinen. „In der Wissenschaft sieht man die Möglichkeiten des 3D-Drucks sehr wohl. In der Gesellschaft werden sie noch unterschätzt. Einige werden sich wundern, wie der 3D-Druck die Welt in den nächsten Jahren verändern wird.“

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Foto: Printer Care

Quelle: Printer-Care

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