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3D-Metalldruck : Eine Revolution in der Fabrik

  • -Aktualisiert am

So sieht 3D-Metalldruck heute aus. Bild: Colourbox.com

Der 3D-Drucker spuckt bald auch Metall aus. Das wird die Industrie erschüttern. Flugzeuge werden leichter, Spielzeug billiger. Und noch viel mehr. Ein Gastbeitrag.

          4 Min.

          Die Szenerie wirkt wie Science-Fiction. Ein Laserstrahl rast über eine dünne Schicht Metallpulver. Es blitzt und funkt, ein Schieber trägt eine weitere Schicht Metallpulver auf, wieder blitzt und funkt es. Nach mehrfacher Wiederholung des Vorgangs ist dem Staub ein kompliziertes Werkzeug entwachsen, das helfen soll, Metall besser zu verformen. Mit der herkömmlichen Bauweise wäre das nicht gelungen. Der Phönix aus dem Pulver verdankt seine Existenz dem sogenannten 3D-Metalldruck. Das ist eine neuartige Methode zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke und Teile aus Metall.

          Dabei schmilzt ein Laser vom Computer vorgezeichnete Stellen in einer feinen Schicht aus pulverisiertem Metall. Diese Stellen härten nach dem Kontakt mit dem Laser aus, darauf kommt eine weitere Schicht Metallpulver, die wieder mit dem Laser geschmolzen wird und danach aushärtet. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis die gehärteten Stellen die gewünschte Form angenommen haben. Weil sich das so entstandene Gebilde aus unzähligen Schichten zusammensetzt, heißt das Verfahren auch Additive Fertigung (englisch: Additive Manufacturing).

          Die Technologie markiert eine Zeitenwende in der industriellen Fertigung. Anfangs waren es vor allem Kunststoffteile, die dreidimensional gedruckt wurden, dann folgten Prototypen aus Metall. Inzwischen ist der 3D-Druck aus Metallpulver jedoch auf bestem Wege, das Versuchsstadium zu verlassen, und es gibt keine Zweifel mehr: Die Additive Fertigung hat das Potential, einen der zentralen Bereiche der deutschen Industrie, die Metallverarbeitung, zu revolutionieren. Statt aus Metallblöcken mühselig Werkstücke herauszufräsen, zu drehen, zu schneiden und zu bohren, werden immer mehr Teile aus Pulver und per Laser hergestellt. Experten prognostizieren ein jährliches Umsatzwachstum von 35 Prozent bis 2025. Damit überschreitet die Technologie in den kommenden Jahren die Schwelle zur Industrialisierung. Das heißt, mit dem massenhaften Einsatz der Technologie werden die Kosten sowohl pro Drucker als auch pro Teil sinken.

          Demonstrationsobjekte frisch aus dem Drucker des Maschinenbauers Trumpf
          Demonstrationsobjekte frisch aus dem Drucker des Maschinenbauers Trumpf : Bild: dpa

          Die Vorzüge des 3D-Metall-Drucks sind unübersehbar: Das Verfahren erlaubt die Herstellung ganz neuer, komplizierter Teile, zu der die herkömmliche Metallverarbeitung technisch oder wirtschaftlich nicht in der Lage ist. Hinzu kommt, dass Additive Manufacturing gegenüber der traditionellen Metallverarbeitung viel Aufwand und Material erspart. Auch die Fehlerquellen werden reduziert. Was dies für die Kunden bedeutet und welche neuen Geschäftsmodelle sich daraus für Unternehmen ergeben, zeigen die erfolgreichen Beispiele aus der Praxis.

          Billigere Lego-Klötzchen

          3D-Metalldruck ermöglicht, bionisch zu konstruieren, also die teilweise extrem komplizierten aber sehr effektiven Strukturen im Pflanzen- und Tierreich zu kopieren. So hat der Pelikan zum Beispiel Knochen, die fast hohl sind, dank hauchdünner Streben im Innern aber eine extreme Festigkeit besitzen. Gelingt es, diese Struktur mit dem Computer nachzubilden und per 3D-Druck herzustellen, sind völlig neuartige, leichte aber trotzdem robuste Konstruktionen denkbar. Ihre wirtschaftliche Wirkung entfalten solche Teile nicht selten indirekt. So hat sich der Spielzeughersteller Lego die menschlichen Blutgefäße zum Vorbild genommen. In Anlehnung an die feinen Äderchen unter der Haut bauten Techniker mit Hilfe der Additiven Fertigung Metallwerkzeuge mit vielen dünnen Kühlkanälen direkt unter der Oberfläche. Diese kühlen viel besser als die bisherigen tiefer liegenden grobschlächtigeren Röhren. Dadurch spucken die Spritzgussmaschinen nun dreimal so viel Kunststoffklötzchen und -figuren aus wie früher. Und obwohl die Werkzeuge wegen des 3D-Drucks viel mehr kosten, sind die Herstellungskosten unterm Strich nur noch halb so hoch.

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