Artificial Intelligence (AI, dt: künstliche Intelligenz) und Additive Manufacturing (AM, dt: additive Fertigung) haben eines gemeinsam: ihr Innovationstempo ist atemberaubend. Fast jeden Tag werden neue, disruptive Anwendungen vorgestellt. Was passiert, wenn man beide kombiniert? Wird die Technologie-Welt dann aus den Angeln gehoben? Und welchen Einfluss hat das auf die Arbeitswelt? Braucht es dann noch Konstruktions-Ingenieure, Maschinenbediener und Materialentwickler? In dieser Folge hören Sie ein paar einschlägige Prognosen. Aufgestellt haben sie Nikolai Zaepernick, internationaler Vertriebschef vom Druckergiganten Eos, Eric Klemp, verantwortlich für Additive Manufacturing und Fuel Cells bei Whitecell Eisenhuth, Franz-Josef Villmer, einer der erfahrensten AM-Professoren in Deutschland, Michael Eichmann, Director Business Development EMEA beim Branchenriesen Stratasys sowie Kunststoffexperte Stefan Josupeit, Leiter der Pulverbettfusion bei der Forward AM Technologies GmbH, unlängst hervorgegangen aus dem BASF-Konzern.

Mit dem neuen SAAM-Verfahren („Submerged Arc Additive Manufacturing“) lassen sich schnell großvolumige Metallteile in hoher Qualität zu vergleichsweise geringen Kosten herstellen – jedenfalls theoretisch. Wie weit die Praxis aktuell ist, erläutert in dieser Folge einer der bekanntesten Köpfe innerhalb der deutschen AM-Szene: Carl Fruth, Aufsichtsratschef der FIT AG. Er schildert erfrischend offen, wie die Technik funktioniert, wer sie vorantreibt – und wo noch Herausforderungen lauern. Prädikat: hörenswert!

Steile These: Philipp Utsch und Jan Gierse behaupten, die „kompromisslosesten Messer der Welt“ herzustellen. Niemand anderes biete eine vergleichbare Kombination aus Stabilität und geringem Gewicht. Möglich macht das ein additiv gefertigter Griff aus Titan, kombiniert mit hochwertigen Klingen aus Solingen. In dieser Folge erklärt das Duo im Detail, wie die Messer hergestellt werden, was mit den scharfen Schätzen alles möglich ist und wie sie es geschafft haben, Geldgeber und Maschinen für ihre UG Tools GmbH zu finden.

Das Direct Manufacturing Research Center (DMRC), angesiedelt an der Universität Paderborn, zählt zu den ältesten und renommiertesten AM-Forschungsinstituten Deutschlands. Dank zahlreicher Kooperationen mit Konzernen und KMU steht die Praxis stets im Vordergrund. Entsprechend umworben sind die AbsolventInnen auf dem Arbeitsmarkt, entsprechend viele Ausgründungen gibt es bereits. In dieser Folge zeigen acht promovierte Alumni auf, was sie gelernt haben und wohin ihr Weg sie führte. Außerdem erklären sie, welche Projekte und Technologien sie am meisten faszinieren. Zuvor skizziert Eric Klemp, Co-Initiator und ehemaliger Geschäftsführer der Einrichtung, wer im sympathischen DMRC-Team mitmachen darf – und wie die Stimmung rund um den Mersingweg 3 in Paderborn ist.

Die Berliner AdditiveStream GmbH haucht verschlissenen Bauteilen neues Leben ein – Sub-Millimeter genau, dutzendfach, individualisiert, in einem einzigen Baujob, per LBPF, basierend auf Multi-Laser-Maschinen. Mit anderen Worten: Falls Sie alternde Turbinenschaufeln reanimieren oder Produkt-Rohlinge in höchster Präzision additiv en gros vollenden wollen: Ohren auf! Mitgründer Simon Feicks erklärt hier die Details. On top: Haben Sie Interesse am Konstruieren? Dann wartet hier ein Bonbon auf Sie – nämlich der kostenlose Newsletter der Fachzeitschrift „Konstruktion“. Interesse? This way: www.ingenieur.de/nl

Ist das der heilige Gral der Produktionstechnik? Eine Maschine, die vollautomatisiert eine Konstruktionsdatei in ein endbearbeitetes Bauteil überführt? Dann hat die toolcraft AG schon eine Hand am Pott! Die Bayern haben nämlich einen 6-Achs-Roboter mit einem Aggregatwechselsystem ausgerüstet. Der Roboter holt sich – je nach Bedarf – eine Laser/Pulver-Auftragsdüse oder eine subtraktiv agierende Spindel aus dem „Bahnhof“ – binnen Sekunden! Und die Spindel holt sich ihrerseits diverse Fräsköpfe oder Bohrer aus einem Magazin. Aber das ist nur der Anfang… Technologievorstand Christoph Hauck erläutert in dieser Folge, wie die Technologie funktioniert – und wie sie erweitert werden kann. Spoileralarm: Auch die Kunststoffverarbeitung ist möglich. Bonbon on top: Wollen Sie regelmäßig Infos zur Additiven Fertigung? Dann schauen Sie doch mal hier: www.vdi-nachrichten.com/lesen. Und hier: www.ingenieur.de/konausgabegratis

Heutzutage genügt eine gewisse Portion Ingenieursgeist und ein wenig Spaß am Konstruieren, um faszinierende Projekte mittels 3D-Druck zu realisieren. Ein perfektes Beispiel dafür liefert Luis Marx. Der Jungingenieur stellt auf seinem Youtube-Kanal „Luisengineering“ Projekte vor, auf welche die Welt gewartet hat – oder auch nicht. In dieser Folge stellt er einige seiner besten Maschinen (und größten Fehlschläge) vor. Vorsicht: Suchtgefahr!

Das Jungunternehmen Quantica kombiniert die Möglichkeiten der Stereolithografie (SLA) mit denen des Material Jettings (MJ). Die Berliner können also fein strukturierte Bauteile aus Hochleistungskunststoffen erstellen – im mehrfarbigen Multimaterialmix. Selbst vor der Nutzung gefüllter Harze schrecken die Hauptstädter nicht zurück: Ihre Drucker verdauen problemlos Metall-, Glas oder Keramik-Partikel. Möglich wird dadurch beispielsweise der additive Aufbau von fotorealistischen Dentalprothesen oder von elektronischen Leiterplatten. Details zur Technologie und zu Nutzungsmöglichkeiten erklärt Quantica-COO Marcel Strobel in dieser Folge.

Auftragsverfahren gibt es in der Additiven Fertigung viele. Einige wurden in diesem Podcast schon intensiv beleuchtet: Laser trifft auf Pulver (Folge 3), Lichtbogen trifft auf Draht (Folge 26), Elektronenstrahl trifft auf Draht (Folge 31) sowie das Kaltgasspritzen (Folge 4). Beinahe erstaunlich ist, dass die Kombination aus Draht und Laser bisher kaum eine Rolle spielt. Dabei hat sie durchaus einige Vorteile zu bieten. So ist das Rohmaterial vergleichsweise günstig und unkompliziert in der Handhabe. Weitere Details erklärt in dieser Folge einer der Pioniere der drahtbasierten Laser Metal Deposition (LMD): Rainer Beccard, Geschäftsführer und Gründer der Herzogenrather Lunovu GmbH.

Damit Maschinen und Werkzeuge fit sind für die Industrie 4.0, müssen sie kontinuierlich Zustands- und Belastungsdaten übermitteln. Dazu braucht es Sensoren mit Sendern. Bislang werden die Sensoren meist manuell auf die zu überwachenden Komponenten aufgebracht, beispielsweise geklebt. Das Problem daran: Die manuelle Applikation ist oft nicht präzise genug – schließlich arbeiten die Sensoren im µm-Bereich, um Vibrationen, Beschleunigungen oder kleinste Verformungen zu registrieren. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT umgehen das Problem, in dem sie das Messgitter der Sensorik auf die Bauteile aufdrucken – oder sogar in die Bauteile eindrucken. Das passiert mittels Material-Jetting. Zum Einsatz kommen dabei spezielle, leitfähige Tinten. Details zu diesem Ansatz erklärt Samuel Moritz Fink, ILT-Gruppenleiter Dünnschichtverfahren, im Podcast „Druckwelle“, Folge 73.

Optische Systeme sind teuer, weil Linsen geschliffen, aufeinander abgestimmt und montiert werden müssen. Die Printoptix GmbH ändert das gerade. Das Stuttgarter Jungunternehmen erzeugt ganze Baugruppen in optischer Qualität in einem Schritt. Nacharbeiten und Montage entfallen. Möglich machen das die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) sowie proprietäres Prozesswissen. In dieser Folge erklärt Geschäftsführer Nils Fahrbach die Details, in verständlichen Worten. Anwendungsfelder der Innovation finden sich in der Laser- und Medizintechnik sowie im Bereich Augmented Reality. Eine Serienfertigung ist bereits realisiert, eine Massenfertigung – etwa für Smartphones – zumindest denkbar.

Der Leichtbau gehört zweifelsohne zu den Megathemen in der Produktionstechnik – schließlich verspricht er Ressourceneffizienz und Energieersparnis. Gerne genutzt werden in diesem Zusammenhang Faserverbundwerkstoffe, also etwa CFK oder GFK. Problematisch dabei: Meist müssen zunächst mit großem Aufwand Formen geschaffen werden, in denen sich Fasern und Matrixmaterial verbinden können. Dass es auch anders geht, beweist die AMC GmbH (Automotive Management Consulting). Die Oberbayern haben die „xFK in 3D“-Technologie entwickelt. Kernidee: Roboter legen vorimprägnierte Fasern im Raum aus. Möglich machen das geschickt positionierte Umlenkkörper, die später aus dem Bauteil entfernt werden können. Ergebnis sind ultraleichte und hochfeste Bauteile. In der Produktion eingesetzt werden neben Kohle- und Glasfasern auch verschiedene Naturfasern – denn Nachhaltigkeit ist für AMC-Chef Rainer Kurek eine Herzensangelegenheit. Details zum Verfahren erklärt er in dieser Folge.

Das Unternehmen Outokumpu zählt zu den größten Herstellern von rostfreiem Stahl, weltweit. Am Standort Krefeld betreiben die Finnen eine beeindruckende Verdüsungsanlage zur Erzeugung von Metallpulvern. Ihr Ziel: Neue Legierungen für Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Verteidigung und die speziellen Bedürfnisse von Hidden Champions. Kurzum: Werkstoffwissenschaft auf hohem Niveau! In Gebäude 28, Halle 6, ist gar nichts ist von der Stange – aber alles recycelt. Die Druckwelle hat das junge Team besucht – während der Arbeitszeit. Marten Franz, Head of Metal Powder Business, hat sich spontan ein Mikrofon umbinden lassen. Hier das Ergebnis…

Wer eine klassisch hergestellte – also gefräste – Spritzgießform will, muss regelmäßig rund acht Wochen darauf warten. Deutlich schneller geht es mit einer Technologie, die gerade in Rostock entwickelt wurde. Sie verspricht aber nicht nur eine Zeitersparnis – sondern obendrein bessere Produkte für weniger Geld. Wie das möglich ist? Natürlich per additiver Fertigung! Sie erlaubt die Integration konturnaher Kühlkanäle, also kürzere Zykluszeiten. Beim Drucken setzen sie die Hansestädter aber nicht auf das pulverbettbasierte Laserschmelzen – was teure Anlagen und hochpreisige Materialien voraussetzen würde. Ihre Zauberformel heißt „Composite Extrusion Modeling“. Dabei wird MIM-Granulat (Metal Injection Molding) per Schmelzschichtung in Form gebracht, dann entbindert und abschließend gesintert. Verarbeitet wird das vergleichsweise günstige MIM-Material auf Druckern des Rostocker Jungunternehmens AIM3D. Details zum Verfahren erläutert in dieser Folge Hermann Seitz, Inhaber des Lehrstuhls für Mikrofluidik an der Universität Rostock.

Die Traditions-Konditorei „Café Baumann“, gegründet 1908, setzt auf die additive Fertigung. Ihr Ziel: individualisierte Objekte aus Schokolade. Die süße Köstlichkeit wird bei den Koblenzern allerdings nicht unmittelbar per Schmelzschichtung in Form gebracht – das wäre bei dreistelligen Losgrößen unwirtschaftlich und zu langwierig. Gedruckt wird stattdessen zunächst eine Positivform des Zielobjekts. Diese wird anschließend in einer Vakuum-Tiefziehmaschine zur Negativform umgewandelt. Es wird also eine erwärmte Folie an die Positivform gezogen. Damit dabei alle Feinheiten des Originals im Kunststoff abgebildet werden, müssen winzige Luftkanäle in die Positivform integriert werden. Diese Erfahrung jedenfalls hat der Geschäftsführer der Confiserie, Konditor-Meister Felix Warnecke-Brühl gemacht. Er erläutert in dieser Folge außerdem, wie die Druckdateien entstehen, wie die fertigen Formen gefüllt werden, was die Schokoladen-Objekte kosten, wie man sie ordert, welche Variationen möglich sind und – last but not least – wie sie schmecken.

Der große Vorteil des klassischen, filigranen Metalldrucks im Pulverbett (Selective Lasermelting, SLM) ist die hohe Auflösung und die daraus resultierende Endkonturnähe der Bauteile. Möglich machen das feine Pulverschichten (30 µm bis 50 µm) und winzige Laserspots. Unter diesen Voraussetzungen dauert der Herstellungsprozess allerdings stets sehr lange – und trotzdem müssen die Bauteile regelmäßig nachbearbeitet werden, etwa an Funktionsflächen. Forschende des Laserinstituts der Hochschule Mittweida (LHM) haben sich deshalb überlegt, alles zwei bis drei Nummern größer zu machen: Ihre Pulverpartikel können einen Durchmesser von mehreren Millimetern haben, ihre Laserspur kann auf bis zu 6 mm verbreitert werden. Entsprechend stark muss die Strahlenquelle natürlich sein: Bisher sind 4 kW erprobt, 16 kW sollen es vielleicht werden. Ziel sind Aufbauraten von bis zu 10 kg/h im Stahlbereich – pro Laser. Die Sachsen arbeiten gerade an einem Drucker mit einem 4 m3 großen Bauraum. Was in diesem Giganten entstehen kann, wie die Schutzgasführung gelingt und welche Kosten bei Hardware und Materialien anfallen, erklärt in dieser Folge André Streek, Professor für die lasergestützte additive Fertigung und die Digitalisierung von Laserprozessen.

Pkw-Hersteller und deren Zulieferer stehen unter Zugzwang: Die EU plant einen Grenzwert für Feinstaub-Emissionen aus Bremsabrieb von 7 mg/km. Die tatsächlichen Werte liegen aktuell aber zwischen 10 mg/km und 40 mg/km. Helfen will die HPL Technologies GmbH. Das Aachener Jungunternehmen stellt Bremsscheiben her, die fast gar keinen Feinstaub mehr verursachen. Außerdem rosten die Bauteile angeblich nie. Und sie senken – dank einer Gewichtsreduktion – den CO2-Ausstoß bzw. den Energiebedarf jedes Fahrzeugs. Wie das möglich ist? Mit einem speziellen Schichtsystem, erzeugt per 3D-Druck. Details dazu verraten in dieser Folge die Gründer des Unternehmens: Johannes Henrich Schleifenbaum und Phillip Utsch.

Klingt fast zu gut, um wahr zu sein: Ein komplett CO2-neutrales Polymerpulver für die additive Fertigung!? Das Unternehmen Eos hat es entwickelt! Gewonnen wird es aus Rizinusbohnen. Und die klimaschädliche Konsequenzen von deren Anbau werden durch Investitionen in Umweltprojekte kompensiert. Der Name des Materials: „Eos PA 1101 ClimateNeutral“. Auch im Metallbereich haben die Bayern Innovationen am Start, die den CO2-Fußabdruck der Produktion verkleinern: Ein Beispiel ist die Software-Lösung „SmartFusion“. Sie erlaubt es, deutlich weniger Stützstrukturen drucken zu müssen. Ergebnis: Es wird sowohl Material als auch Energie gespart! Wie das möglich ist, erklärt in dieser Folge die Eos-Regionaldirektorin für die DACH- und Benelux-Region: Tina Schlingmann. Sie gibt außerdem eine Überblick über sonstige Material- und Maschinen-Innovationen des Unternehmens.

Bislang konnte Glas nur 3D-gedruckt werden, wenn am Ende gesintert wurde – bei weit über 1000 °C. Das schränkte die Wahl der möglichen Substrate deutlich ein. Computerchips beispielsweise halten solche Temperaturen nicht aus. Forschende aus Karlsruhe haben nun eine Lösung gefunden, mit der Quarzglasstrukturen bei nur 650 °C entstehen. Möglich macht das ein hybrides organisch-anorganisches Polymerharz, dass mittels Zwei-Photonen-Polymerisation in Form gebracht wird. Mit dem neuen Verfahren können u.a. winzige Sensoren, Linsen oder 3D-Lichtleiterbahnen gebaut werden. Details verrät in dieser Folge Forschungsleiter Jens Bauer vom Institut für Nanotechnologie (INT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Die Bundeswehr sieht in den aktuellen Nachrichten oft nicht gut aus: Da ist die Rede von veraltetem Material, mangelnder Motivation, überbordender Bürokratie... In der Praxis ergibt sich ein anderes Bild – zumindest, wenn es um die additive Fertigung geht. Der Moderator dieses Podcasts – Stefan Asche – der nicht an der Waffe, sondern im Behindertenwohnheim gedient hat, durfte mit Kapitänleutnant Sascha Hartig und dem Bundesbeamten Dr. Felix Zimmer darüber reden, was auf See, an Land und in der Luft in Sachen 3D-Druck passiert. Spoiler-Alarm: Das ist weit mehr, als Sie denken… Deshalb: Reinhören!

Beim Beton-3D-Druck entstehen Bauteile bisher vor allem mittels Extrusion (s. Folge 5) oder Aufspritzen (s. Folge 22). Dass es auch anders geht, zeigt eine Kooperation der Hochschule München mit der Fit AG. Die Forschenden orientieren sich bei ihrer „selektiven Zementaktivierung“ am Pulverbettverfahren, wie es im Kunststoff- und Metallbereich weit verbreitet ist. Statt eines Laser- oder Elektronenstrahls nutzen sie allerdings einen Wasserstrahl, um das Basismaterial selektiv und schichtweise zu verfestigen. Details zum Verfahren erklärt in dieser Folge Christiane Richter, Wissenschaftlerin am Institut für Material- und Bauforschung der Hochschule München.

Die additive Fertigung ist nur dann sinnvoll, wenn sich ihre Möglichkeiten im Bauteil widerspiegeln. Gemeint sind etwa bionische Formen oder integrierte Funktionen. Das allerdings setzt entsprechendes Know-how bei der Konstruktion voraus – womit nicht jeder dienen kann. Helfen will das Unternehmen Protolabs. Der weltweit agierende Produktionsdienstleister berät seine Auftraggeber, falls er Optimierungspotenzial beim Bauteildesign, dem kundenseitig gewünschten Material oder dem bevorzugten Produktionsverfahren erkennt. Dazu sitzen zahlreiche Experten in der Auftragsannahme. Protolabs nennt sie die „Faces Behind“. Wie genau der Service funktioniert, schildert Christoph Erhardt in dieser gesponserten Folge. Dazu greift der „Manager Customer Projects & Additive Design“ auf das Fallbeispiel der Pansatori GmbH zurück. Die Österreicher stellen einen medizintechnischen Bügel her, der hinter dem Ohr angelegt wird und mittels Dauerakupressur etwaige Tinnitussignale verstummen lässt. Ursprünglich sollten alle Einzelteile des Geräts 3D-gedruckt werden. „Wir haben im Dialog mit der Firma aber schnell ausarbeiten können, dass einige Komponenten im Spritzgießverfahren wirtschaftlicher herstellbar sind“, so Erhardt. „Unsere Anpassungen und Musterteile konnten schnell überzeugen.“ Protolabs übernahm später sogar die Serienfertigung.

Laut Bundesumweltministerium werden in Deutschland 320.000 Einwegbecher verbraucht – pro Stunde! Das mündet in einer gigantischen Müllflut. Wie kann diese eingedämmt werden? Eine Antwort darauf kannten schon die alten Inder: Sie haben vor rund 5000 Jahren Terracotta-Gefäße hergestellt. Gehen diese kaputt, werden sie wieder zu dem, was sie waren: ein Bestandteil der Natur. Leider taugt das historische Produktionsverfahren nicht für eine industrielle Massenfertigung. Die Lösung: gedruckte Ton-Behältnisse! Genau darauf setzt das US-amerikanisch-deutsche Unternehmen Gaeastar. Wie dessen Technologie funktioniert, was sie kostet und wohin sie führen könnte, erklärt in dieser Folge der Deutschlandchef und promovierte Maschinenbau-Ingenieur Malte Zur.

YouTuber Stefan Hermann begeistert tausende Fans mit seinen teils irrwitzigen Experimenten zum 3D-Druck. In dieser Podcast-Folge gibt der Maschinenbau-Ingenieur einen Überblick über das, was er in seiner „CNC Kitchen“ bereits zusammengekocht hat. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf einem seiner jüngsten Geistesblitze: der Umgestaltung eines Filament-Druckers in eine Spritzgießmaschine. Der sympathische Krauskopf aus Baden-Württemberg erläutert, welche Hürden er überspringen musste, bis er letztlich ein isotropes, spritzgegossenes Abbild seiner selbst in den Händen hielt – hergestellt ausschließlich mit 3D-Druck-Hardware. Prädikat: Inspirierend!

Die additive Fertigung rechnet sich nur, wenn sich ihre Möglichkeiten im Bauteildesign widerspiegeln. Dabei geht es etwa um Leichtbau, Funktionsintegration oder Baugruppenkonsolidierung. Erreichen kann diese Vorteile nur, wer sich auskennt mit Konstruktion, Maschinenbedienung und Post-Processing. Doch wo wird dieses Wissen vermittelt? Der VDMA hat die Antwort – und teilt sie mit allen Interessierten. In einer aktiven Datenbank listet der Verband verschiedenste Weiterbildungsangebote auf und erlaubt das kostenlose Recherchieren. Details dazu erklärt in dieser Folge die Projektmanagerin Irene Skibinski. Im zweiten Teil der Episode verrät Markus Heering jüngste Marktzahlen. Der Geschäftsführer der VDMA-Arbeitsgruppe Additive Manufacturing erläutert vorab und exklusiv, wie sich deutsche AM-Firmen zuletzt entwickelt haben – und welche erstaunlichen Erwartungen sie hegen.

In der deutschen Pharmazie werden Medikamente stets designt anhand von Musterpatienten. Die sind meist männlich, rund 40 Jahre alt und europäisch. Aber was ist mit Frauen, Seniorinnen und Senioren? Oder gar Kindern? Ein schwieriges Thema… In der Onkologie (Krebstherapie) wird mittlerweile die „personalisierte Medizin“ in Ansätzen praktiziert. Ansonsten: leider kaum. Dabei gibt es Studien, die klar belegen, dass Standardmedikamente nur für rund 10% der PatientInnen hilfreich sind. Gefragt sind also maßgeschneiderte Pillen. Ein Team aus der TH Köln arbeitet genau daran. In Kooperation mit der Universität Düsseldorf, der Merck KGaA und weiteren Partnern, haben die Wissenschaftler einen Drucker und ein spezielles, polymer-basiertes Filament entwickelt. Die Technologie verspricht jedem Patienten eine optimale Dosierung. Wie das geht, was das kostet? An wen PatientInnen sich künftig wenden sollen? Und welche Aufgabe bleibt dann noch den Apotheken? Dieser Podcast gibt die entsprechenden Antworten. Formuliert werden sie vom Projektmanager Tilmann Spitz und dem Teamleiter Technik, Fabian Loose.

Die Gründer des Darmstädter Start-ups FlipoQ behaupten, zwei klassische Probleme des Schmelzschichtdruckens (FFF, Fused Filament Fabrication) gelöst zu haben. Sie benötigen angeblich weniger Stützstrukturen und haben keine Probleme mit der Anhaftung des Bauteils an der Bauplattform. Wie sie das machen? Mit einem Netz, das aussieht wie die Bespannung eines Tennis-Schlägers. Und diesen Tennis-Schläger können sie um 180° drehen – oder um jeden anderen Winkel. Details verraten in dieser Folge die Mitgründer Linda Phetsananh und Jens Butzke von der Hochschule Darmstadt.

Das FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) erfreut sich sowohl im privaten als auch im industriellen Umfeld großer Beliebtheit. Doch es hat Defizite: Das Drucken ist zeit- und personalintensiv: Der schichtweise Aufbau ist von Natur aus langwierig. Und nach Abschluss des Prozesses müssen die Bauteile aus dem Bauraum entnommen und in aller Regel händisch nachbearbeitet werden. Eine wirtschaftliche Serienfertigung ist so nur schwer realisierbar. Abhilfe schaffen will die iFactory3D GmbH, ein Start-up aus Düsseldorf. Die Rheinländer besinnen sich dabei auf eine ganz alte Idee: das Fließband. Sie versprechen eine weitgehend mann-/fraulose Produktion. Obendrein behaupten sie, auf Stützstrukturen vielfach verzichten zu können. Doch damit nicht genug: Die Stückkosten der entstehenden Bauteile seien auch noch niedriger, als bei klassischen FFF-Druckern. Technologie und Kostenberechnung erläutern in dieser Folge der CEO des Unternehmens, Artur Steffen, sowie der Student Nagjah Issa, der die Wirtschaftlichkeit von Fließbanddruckern in seiner Bachelor-Arbeit untersucht hat.

Faserverbundmaterialien können (in Abhängigkeit von Faser und Matrixmaterial) so fest und steif sein wie Titan, aber leichter als Aluminium. Sie sind immun gegen Frost, UV-Strahlen und Korrosion. Deshalb kommen sie im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt sowie im Sport- und Freizeitbereich immer öfter zum Einsatz. Ihr Problem: Das Recycling ist teuer, aufwendig und energieintensiv. Abhilfe schaffen wollen die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF). Die dort tätigen Forschenden betten Endlos-Cellulosefasern in eine biobasierte Matrix ein – mit Hilfe des 3D-Drucks. Details zum Verfahren erläutert in dieser Folge Projektleiter Sathis Kumar Selvarayan.

In Industrie und Landwirtschaft fallen täglich Tonnen von Produktionsrückständen an. Das sind beispielsweise Spreustroh, Erodierschlämme, Papierstsäube, Holzmehl, Obstkerne, Muschelkalk oder auch Shrimps-Schalen. Bisher werden sie häufig deponiert, kompostiert oder „energetisch verwertet“, also verbrannt. Das will eine Kooperation sächsischer Hochschulen ändern. Die beteiligten WissenschaftlerInnen wollen die Reststoffe einsammeln, aufbereiten und mit verschiedenen 3D-Druck-Verfahren zu neuen Produkten umwandeln – im Sinne der Nachhaltigkeit. Details dazu erklärt in dieser Folge Henning Zeidler, Professor für additive Fertigung an der TU Bergakademie Freiberg.

Für Privatleute eignen sich drei verschiedene Druckverfahren: Das Schmelzschichten (Fused Filamant Fabrication, FFF), die Stereolithografie (SLA) und – mit Einschränkungen – das selektive Lasersintern (SLS). Doch was ist für wen sinnvoll? Wo liegen die Vor- und Nachteile? Und was kostet der Spaß? Antworten gibt in dieser Folge Christian Pfarr. Er ist Anwendungsingenieur bei der Igo3D GmbH, einem der größten 3D-Druck-Reseller in Europa. Außerdem ist er ein erfahrener Maker.

Ganz großes Kino: Die Maschine kommt daher in der Form eines aufgeschnittenen Icosaeders, sieht also aus wie ein unvollendeter, unrunder Fußball aus Dreiecken. Ins Innere ragen fünf Kugelgewindetriebe. Sie führen mit faszinierender Leichtigkeit einen gewichtigen Bearbeitungskopf. Das Zuschauen ist fast hypnotisch… Der Bearbeitungskopf kann verschiedene Systeme und Werkzeuge aufnehmen: eine Pulverauftragsdüse mit Diodenlasern, eine Drahtzuführung mit Lichtbogengenerator, einen Polymer-Granulat-Extruder sowie unzählige Fräser und Bohrer. Es lassen sich also sowohl Kunststoffe als auch Metalle auftragen und in einer Aufspannung final in Form bringen. Entwickelt wurde die „eierlegende Wollmilchsau“ vom 15-köpfigen Team der Metrom GmbH aus Hartmannsdorf bei Chemnitz. Details erklärt in dieser Folge der Cheftechniker im Unternehmen: Marcus Witt.

Kunststoffschäume eignen sich hervorragend für Leichtbaukonstruktionen, für Verpackungen, für Möbel oder als Isolierung. Sie zu drucken, war bisher schwierig. Etwaige Versuche mündeten wegen der Materialeigenschaften regelmäßig in schaumigen Sauereien. Ändern kann das eine verblüffend einfache aber sehr effektive Verschlussdüse vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart. Wie sie funktioniert, erklärt in dieser Folge ein maßgeblichen Mitentwickler: Jonas Fischer.

Beim 3D-Druck gibt es generell eine Krux: Wer große Bauteile schnell in den Händen halten will, muss grobe Strukturen und Oberflächen akzeptieren. Wer hingegen feine Details wünscht, sollte viel Zeit mitbringen. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ändern das nun. Ihren Ansatz nennen sie „Light-Sheet 3D Printing“. Er basiert auf einem speziellen Harz, dass nur dort aushärtet, wo sich zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen kreuzen. Das Druck-Prozedere: Zuerst wird mit blauem Licht das Schichtbild von unten in den Kunststoff projiziert. Dadurch wird das Material entlang des Strahlenkanals selektiv aktiviert. Dann strahlt ein roter Laser von der Seite eine Art „Lichtblatt“ in den Bauraum und härtet die Ebene aus. Dieser Ablauf wiederholt sich tausendfach – in der Dauer eines Wimpernschlags. Entsprechend schnell sind die ultrafein aufgelösten Bauteile fertig. Details zum Verfahren und etwaigen Anwendungsgebieten erklärt in dieser Folge einer der maßgeblichen Mitentwickler: Postdoktorand Vincent Hahn.

Gerd Witt zählt zu den erfahrensten Experten für Additive Manufacturing (AM) in Deutschland. In Fachkreisen wird der jüngst emeritierte Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungstechnik an der Universität Duisburg-Essen auch „Prof. 3D-Druck“ genannt. In dieser Folge erklärt er, wie sich die junge Technologie mutmaßlich weiterentwickeln wird. Eine große Dynamik erwartet er u.a. bei den genutzten Materialien und den daraus resultierenden Produkteigenschaften. Als Beispiel verweist er auf metallische Gläser, die sich erst mittels 3D-Druck vergleichsweise einfach herstellen bzw. in Form bringen lassen. Ferner berichtet der umtriebige Ingenieur von seinem Engagement für AM-Start-ups sowie für ein 3D-Druck-Kompetenzzentrum in Duisburg. Am Ende verrät er, dass er sich vorstellen könnte, selbst ein Unternehmen zu gründen. Inhaltlich schwebt ihm eine Kombination aus AM und KI vor. Was noch fehle, seien die richtigen Mitstreiter…

Das Unternehmen innovatiq aus Feldkirchen bei München hat einiges im Köcher: Es zählt zu den 3D-Druck-Pionieren in Deutschland, bringt mit einer innovativen Maschinenarchitektur u.a. Silikone in fast jede Form, ist heute Teil der Arburg-Gruppe und sucht für anstehende Geschäftsfelderweiterungen Menschen, die sich für die additive Fertigung begeistern – Quereinsteiger inklusive. Details zu allen Punkten erläutert in dieser Folge Geschäftsführer Florian Bautz.

Normale Spiegel, wie sie etwa in Badezimmern zu finden sind, reflektieren lediglich gut 90% des Lichts. Bragg-Spiegel sind da deutlich besser: Sie kommen auf nahezu 100%. Doch das ist nicht alles: je nach Aufbau können sie ausgewählte Lichtfarben durchlassen – und andere Wellenlängen reflektieren. Genutzt werden solche Bauteile u.a. in Kamerasystemen und Sensoren sowie in der Lasertechnik und der Mikroskopie. Hergestellt werden sie bislang in teuren Vakuumanlagen, etwa mittels des thermischen Aufdampfens. Forschende am Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) schaffen das jetzt mit einem Tintenstrahldrucker. Wie das funktioniert – und wo überall das genutzt werden kann –, erklärt in dieser Folge der Direktor des Lichttechnischen Instituts, Uli Lemmer.

An der Bremer Jacobs University wurde gerade der größte Delta-3D-Drucker der Welt konstruiert. In seinem Inneren können Kunststoffbauteile mit einem Radius von 1,5m und einer Höhe von 2m entstehen. Geistiger Vater des Giganten ist Yilmaz Uygun. In dieser Folge erläutert der Professor, welche Kunststoffe in welcher Geschwindigkeit und mit welcher Präzision verarbeitet werden können. Auf die Frage, wie groß die Maschinen künftig noch werden können, antwortet er augenzwinkernd: „The Sky is the Limit!“

Es gibt wohl kaum ein Rezept für Bauteile, dass so nachhaltig ist wie dieses: Man nehme beispielsweise Holzspäne, ergänze sie mit ein paar Additiven und setze dann einen Pilz darauf an, der lignocelluloses Material mag. Anschließend fülle man die Masse in Kartuschen und bringe sie mittels Delta-3D-Drucker in Form. Nun wird gewartet, bis das Pilzmycel die Struktur durchzogen hat. Abschließend kommt alles in den Ofen – fertig. Auf diese Weise lassen sich Schallabsorber, Verpackungsmaterialien und vielleicht auch irgendwann extraterritoriale Habitate bauen. Details zum „FungiFacturing“ erklären in dieser Folge Lina Vieres und Ilhan Kahraman vom Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik – kurz Umsicht – aus Oberhausen.

Es ist schnell, verursacht vergleichsweise geringe Stückkosten, erlaubt große Bauräume, biete eine breite Materialauswahl, verlangt kaum Stützstrukturen und verursacht keine Spannungen im Bauteil: das BinderJetting. Durch diese Vorteile wird das Verfahren zum Herausforderer des bisherigen Platzhirsches in der Industrie: dem pulverbettbasierten Laserschmelzen (LPBF). Doch wo so viel Licht, da auch Schatten: Das Verfahren ist mehrstufig, verlangt einen Sinterofen und erreicht nicht die gleichen Materialdichten wie das LPBF. Außerdem können sich die Bauteile durch den Schrumpfungsprozess im Ofen verformen. Details zum BinderJetting und zu den sinnvollen Anwendungsgebieten erläutert in dieser Folge Leonardo Scardigno, General Manager beim der AM-Pioneers GmbH, einem Reseller für industrielle 3D-Drucker. Unter anderem im Portfolio der Esslinger: Die BinderJetting-Maschinen vom US-Branchenriesen Desktop Metal.

Beim ersten Blick auf die Fahrräder der Bike-Manufaktur Urwahn traut man seinen Augen nicht: Beim Rahmen fehlt das durchgehende Sattelrohr! Das spart nicht nur Gewicht, es bietet obendrein Federkomfort. Realisierbar wird diese außergewöhnliche Formgebung mit Hilfe der additiven Fertigung: Außer dem Bereich unter dem Sattel stammen auch Steuerrohr, Ausfallenden und Tretlagergehäuse aus dem 3D-Drucker. Details zum Produktionsprozess sowie zum Fahrgefühl erläutert in dieser Folge der Designer des Rads: Sebastian Meinecke. Er ist Mitgründer und Geschäftsführer der Urwahn Engineering GmbH.

Es braucht drei Zutaten: PMMA-Pulver, reichlich Bindemittel und ganz viel Know-how. Damit lassen sich dichte und belastbare Kunststoffteile mit feinsten Konturen per Binder Jetting additiv aufbauen. Das Unternehmen Additive Elements aus Planegg bei München macht es vor. Details zum Material und zum Verfahren erläutert in dieser Folge Entwicklungsleiter Johannes Günther.

Es ist schneller als das pulverbettbasierte Laserschmelzen – und präziser als das drahtbasierte Auftragsschweißen: Das Liquid Metal Printing (LMP). Bei diesem Verfahren wird flüssiges Metall mit hoher Frequenz in winzigen Tröpfchen ausgebracht. Im temperierten Bauraum verbinden sie sich zum Zielobjekt – Schicht für Schicht. Bislang gab es nur ein Unternehmen weltweit, dass diese Technik beherrscht: Xerox, USA. Nun gibt es einen Wettbewerber: die Grob-Werke aus dem bayerischen Mindelheim. Wie ihr „GMP300“-Drucker funktioniert und welche Aufbauraten er erreicht, erklärt in dieser Folge der Teamleiter für Additive Fertigung: Johannes Glasschröder.

Die Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF) ist sowohl in der Industrie als auch in der Maker-Szene weit verbreitet. Das Verfahren hat aber zwei Schwachstellen: lange Druckzeiten und geringe Festigkeiten in der Z-Achse. Beide Probleme will das Start-up Liqtra beheben. Dazu setzt es auf einen Druckkopf, der bis zu sieben Filamente gleichzeitig aufschmilzt und extrudiert. Ergebnis: Die Aufbaugeschwindigkeit wird deutlich gesteigert – und der erhöhte Wärmeeintrag verbessert die Anbindung zwischen den einzelnen Schichten. Erstaunlich: Trotz des großzügigen Materialaustrags sind angeblich feine Strukturen und scharfe Ecken möglich. Wie das funktionieren soll, erklärt in dieser Folge der Mitgründer des Hamburger Unternehmens, Joscha Krieglsteiner.

Bisher waren meist zwei Prozessschritte nötig, um Keramik-Bauteile additiv herzustellen: Erst wurden Grünteile aufgebaut, dann wurde unter hohen Temperaturen entbindert und gesintert. Forschende an der Ernst-Abbe-Hochschule in Jena wollen diesen Weg nun abkürzen: Sie sintern direkt im Pulverbett. Dazu nutzen sie einen ultrakurzgepulster Laser. Details verraten die wissenschaftliche Mitarbeiterin Anne-Marie Layher sowie Daniel Störzner, Geschäftsführer beim Forschungspartner, der LCP Laser-Cut-Processing GmbH.

Bremsscheiben, Hydraulikzylinder, Gleitlager sowie große Bauteile für die Öl-, Gas- oder Papierindustrie: Die Anwendungsfelder des jungen „HiClad“-Verfahrens sind vielfältig. Die Technik erlaubt es, bis zu 18 kg Metall zielgenau auf ein Substrat aufzutragen. Basis sind Diodenlaser mit einer brachialen Leistung von bis zu 45 kW. Das Rohmaterial kann sowohl in Pulver- als auch in Drahtform zugeführt werden – sogar simultan aus bis zu acht Quellen. Zu den maßgeblichen Entwicklern zählen Maria Barbosa vom Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS sowie Sörn Ocylok vom Industrielaser-Hersteller Laserline aus Mülheim-Kärlich. Die beiden Experten erklären in dieser Folge die Details des robusten Beschichtungsverfahrens.

Mittels 3D-Druck lassen sich fast alle erdenklichen Formen herstellen – aus unzähligen Materialien. Deren Oberflächen sind allerdings – je nach Druckverfahren – mitunter unschön. Nachbearbeitung tut also Not. Auf welchen Wegen dies gelingen kann, erklärt in dieser Folge: Carl Fruth. Er ist der Vorstandschef der Fit AG, einem der größten 3D-Druck-Dienstleister in Deutschland.

An der Uni Kassel können 3D-Druck-Bauteilen bei der Entstehung beobachtet werden – auf atomarer Ebene. Möglich macht das die hellste Labor-Röntgenquelle der Welt. Mit ihrer Hilfe wollen Forschende neue Werkstoffe entwickeln, Fehler schneller erkennen und korrigieren, leistungsfähigere Bauteile realisieren und die Produktion nachhaltiger gestalten. Wie es funktioniert, erklären in dieser Folge Thomas Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe im Institut für Werkstofftechnik sowie Alexander Liehr, Leiter der Arbeitsgruppe Röntgenfeinstrukturanalyse.