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3-D-gedrucktes Metall : Massives aus dem Pulverbett

  • -Aktualisiert am

Heißer Druckauftrag: Wo der Laserstrahl das Metallpulver trifft, schweißt er es zu einer neuen Schicht des Werkstücks zusammen. Je nach verarbeitetem Metall wird dabei auf bis zu 3000 Grad Celsius eingeheizt. Bild: Fraunhofer IAPT

Manch Bastler leistet sich den 3-D-Drucker im Hobbykeller – für Plastikteile. Aber Metalle lassen sich ebenfalls drucken. Ein Selbstversuch.

          Schwer liegt die Schachfigur in der Hand. Da bemerkt man im Fuß des messingfarbenen Turmes ein Türchen und die winzige Dachöffnung hinter den Zinnen, zu der eine Miniatur-Wendeltreppe führt. Eine Spielerei, aber dann holt Alexander Elsen ein typisches Planetengetriebe aus einer Vitrine: in sich verschränkte, schräg verzahnte Räder, die man so nicht hätte zusammenpuzzeln können. Das voll funktionsfähige Getriebe, erklärt Elsen, Ingenieur bei der Firma Heraeus, sei komplett gedruckt. So demonstrieren Getriebe und Schachfigur, wie leistungsfähig das 3D-Drucken von Metall inzwischen geworden ist – und komplexe Formen ermöglicht, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zu fertigen wären.

          Dabei ist „3D-Drucken“ kein Fachbegriff, zu viele verschiedene Verfahren fallen unter das, was im Industriejargon „Additive Fertigung“ heißt und das sukzessive Aufbauen metallener Objekte meint. Im Gegenteil zum Fräsen. Das geht subtraktiv vor wie ein Bildhauer, der alles vom Block abträgt, was nicht Figur sein soll.

          Zahntechniker fertigen schon additiv

          Um digitale Modelle in Metall umzusetzen, war computergesteuertes Fräsen bisher die flexibelste Methode. Doch sie hat Nachteile, wenn für filigranen Leichtbau bis zu 98 Prozent des Ausgangswerkstücks in Späne verwandelt werden, bei teuren Legierungen ist das ein beachtlicher Kostenfaktor. Und das Fräsen kommt bei einer gewissen Komplexität an seine Grenzen, 3D-Druck hingegen meistert praktisch jede Geometrie. Zwar zog die anfängliche Euphorie auch eine Phase der Ernüchterung nach sich, doch das Stadium der Visionen und Prototypen hat man in der Metallverarbeitung inzwischen hinter sich gelassen. Wer jüngst ein Implantat oder eine Krone ins Gebiss gesetzt bekam, dürfte nun ein additiv gefertigtes Metallstück im Mund haben. Zahnersatz wird individuell produziert, so diente die Dentalmedizin dem neuen Fertigungsverfahren als ideales Technotop: In den Zahnlabors hat sich das 3D-Drucken der bevorzugten Cobalt-Chrom-Legierung längst durchgesetzt.

          Weil beim 3D-Drucken von Metallen einiges schiefgehen kann, sind Grundlagenforschung und Industrie eng miteinander verzahnt. Insbesondere in Deutschland ist auf diesem Gebiet eine einzigartige Forschungslandschaft entstanden, die weltweit ihresgleichen sucht. „Ich würde sagen, unter den Top Fünf sind auf jeden Fall drei deutsche Unternehmen“, erklärt Tobias Caspari, Leiter des Bereichs Additive Fertigung bei Heraeus. In Deutschland, dem Land des Maschinenbaus, könnte das 3D-Drucken von Metallen daher ganze Branchen radikal verändern. Dabei geht es nicht nur um einen Imagewechsel. Für die zahlreichen mittelständische Unternehmen hierzulande, die Spezialteile herstellen, wäre der Wandel von besonderer Bedeutung.

          Ein Bremssattel als Youtube-Star

          Ein Zentrum der deutschen 3D-Druckforschung liegt in Hamburg-Bergedorf. Gleich einem Keil wächst dort ein Bau aus dem Boden, um in seinem zweiten Flügel in eine horizontale Linienführung abzuknicken. Die Architektur solle einen Laserstrahl symbolisieren, der durch einen Spiegel umgelenkt wird, erklärt Tim Wischeropp, der am hier untergebrachten Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologien (IAPT) eine Abteilung leitet. Dann zeigt er auf einen schrankgroßen 3D-Drucker. Dessen Innenleben wurde schon auf Youtube berühmt – mit Videos über den Druck des Bremssattels eines Bugatti-Sportwagens und dessen Test. Das stark belastete Bauteil wirkt überraschend fragil und beinahe organisch, denn nur präzise dort, wo die Kraftpfade beim Bremsen verlaufen, befindet sich Metall. Gedruckt sind solche Bauteile erheblich leichter als konventionell gefertigte Versionen – von der Natur inspiriert, soll das Design kein wertvolles Material verschwenden.

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