Druckwelle – ingenieur.de-Podcast zur Additiven Fertigung

Die additive Fertigung ist teuer. Mitverantwortlich: das Postprocessing. Ein Teil davon ist die Pulverentfernung. Das Unternehmen Solukon automatisiert diesen Schritt. Wie? Das erklärt CEO Andreas Hartmann in dieser Folge. Es geht um Maschinenbau, smarte Software und clevere Aktorik.

Forschende der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) drucken transparente keramische Mikrobauteile. Gruppenleiterin Johanna Sänger spricht in dieser Folge über potenzielle Anwendungsfelder und technische Herausforderungen. Konkret geht es um Hochleistungsphotonik in anspruchsvollen Umgebungen, um medizintechnische Anwendungen und um die 2-Photonen-Polymerisation. Hier erleben Sie Hightech – sympathisch und verständlich erläutert!

Frank C. Herzog hat die Concept Laser GmbH gegründet. Damit zählt er zu den Urvätern des Metall-3D-Drucks. Heute investiert er in den Nachwuchs. In der Jubiläumsfolge der „Druckwelle“ lässt er die Historie Revue passieren – und wagt einen optimistischen Ausblick. Deutschland als Mutterland des Metalldrucks könne auch zukünftig tonangebend bleiben. Voraussetzung: Mut und Fantasie! Und zwar sowohl bei den Firmen, die die Technologie bereit stellen, als auch bei allen Anwendern. Eine sehr klare Meinung hat der „AM-Dinosaurier“ auch zum Thema KI sowie dem Wettbewerb um Bauraumgröße und Strahlquellenzahl.

Arno Held ist Managing Partner bei AM Ventures – und verwaltet 100 Mio. €. Als Wagniskapitalgeber entscheidet er seit genau zehn Jahren über Wohl und Wehe Tausender Start-ups aus dem 3D-Druck-Universum. In dieser Folge erläutert er erfrischend offen, wer mit seiner Unterstützung rechnen darf, wie sich die Gründerlandschaft seit 2015 gewandelt hat, welche Investments Spaß machten und welche Deals er bereut.

Wer wissen will, wie die additive Fertigung zum eigenen Unternehmenserfolg beitragen kann, braucht eine individuelle Roadmap. Genau jene verspricht der „AM I Navigator“. Wie er funktioniert und wer hinter der gleichnamigen Initiative steckt, erklärt in dieser Folge Karsten Heuser, VP Additive Manufacturing bei Siemens. In aller Kürze: Für jede interessierte Firma ermitteln DyeMansion, Eos, HP, Stratasys, Forward AM und Siemens den aktuellen Reifegrad: Tastet sich das Unternehmen gerade erst an die junge Technologie heran? Oder fehlt nur noch der letzte Schritt hin zur vollautonomen Fertigung? Auf Basis dieses Status quo planen die Initiatoren dann weitere Maßnahmen. Er- und vermittelt werden sie in kooperativen Workshops. Kosten für die Beratung: aktuell keine.

Jörg Sander, AM-Experte im Rüstungskonzern Hensoldt, erklärt in dieser Folge die Möglichkeiten des „Frontline-Printing“ – und dessen Limitationen. Außerdem erklärt er, wo der 3D-Druck in der hauseigenen Fertigung eingesetzt wird. Ein Beispiel: Das Hochleistungsradar TRML-4D, dass aktuell in der Ukraine eingesetzt wird. Zusätzlich macht er deutlich, wie das additive Fertigen von Leitungsträgern (Platinen) die gesamte Elektronikindustrie verändern wird.

Betonstrukturen werden schon seit ein paar Jahren additiv aufgebaut, jedenfalls vereinzelt. Das Manko dabei: Alle Armierungseisen, die für Zugfestigkeit sorgen, müssen während des Schichtprozesses manuell eingebracht werden. Forschende aus Deutschland wollen das perspektivisch ändern. Im ersten Ansatz konzentrieren sie sich auf eine Kombination aus selektiver Zementleim-Intrusion (SPI) und Lichtbogen-Auftragsschweißen (WAAM). Das Vorgehen: Zunächst wird Drahtmaterial zu Metallstangen verschmolzen. Anschließend wird eine feine Sandkörnung aufgeschüttet und mit Hilfe eines zielgenau verdüsten Bindemittels verfestigt. Diese Schritte wiederholen sich wechselseitig – bis das Bauteil fertig ist und aus dem Sandkuchen entnommen werden kann. Soweit die Theorie... Den aktuellen Stand der Praxis erläutert Felix Riegger von der TU München in dieser Folge.

Dieter Schwarze hat das Pulverbett-basierte Laserschmelzen in den 1990er Jahren industrietauglich gemacht. Bis heute ist das Verfahren im Metallbereich führend. In dieser Podcast-Folge erklärt der promovierte Physiker, wie aus der grundlegenden Idee ein Standard wurde. Und er skizziert, wo die Reise künftig hingeht. Dabei geht es vor allem um die Frage, ob es sinnvoll ist, die Zahl der Strahlquellen immer weiter zu erhöhen. Spoileralarm: Schwarze hält diesen Weg für unwirtschaftlich. Und er hat stichhaltige Argumente…

Noch ist der Anteil der additiven Fertigung an der gesamten Industrieproduktion verschwindend klein: 0,13%. Wohlers-Analyst und -Berater Christian Seidel, Professor an der Hochschule München, geht aber von einem starken Wachstum aus. In den nächsten zehn Jahren werde sich das Markvolumen verzehnfachen. „Einpendeln wird sich die Quote langfristig irgendwo zwischen 1% und 10%.“ Dabei gebe es durchaus Einsatzfelder, in denen der Anteil deutlich höher sein werde, etwa im Triebwerksbau. Der Experte vergleicht die additive Fertigung mit einem Tanker: Ist sie erstmal in Bewegung, ist sie kaum noch aufzuhalten. Dabei gebe es nicht diese eine große, alles dominierende Killer-Applikation. „Was die Technik stark macht, ist stattdessen ihre Vielfältigkeit, ihre Flexibilität.“ Einschätzungen zu einzelnen Technologien – im Kunststoff- und im Metallbereich – gibt der Experte in dieser Folge.

Wenn Bauteile nicht nur fest und steif, sondern auch noch leicht sein sollen, bestehen sie oft aus Faserverbundwerkstoffen. Nachteil: Zur Herstellung braucht es meist teure Formen. Eine Alternative bietet das US-Unternehmen Markforged: Es verarbeitet seit ein paar Jahren Kohlefasern in Schmelzschichtdruckern. (Details dazu hören Sie in Folge 11.) Einen dritten Weg gehen nun Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT): Sie haben es geschafft, Fasern in das Pulverbett eines Laser-Sinter-Druckers zu legen. Ergebnis: Die Bauteile haben ein vergleichsweise gute Oberfläche und verlangen keine Stützstrukturen. Dadurch ist die perspektivische Produktivität des Prozesses dem der Schmelzschichtverfahren überlegen. Details verrät in dieser Folge der wissenschaftliche Mitarbeiter Simon Zeidler.

Das Unternehmen Nano Dimension ermöglicht den schnellen Aufbau von Multi-Layer-Leiterplatten und Elektromotoren. Wie das funktioniert, weiß Stephan Krause. Er ist verantwortlich für den Vertrieb in der EMEA-Region. „Wir arbeiten stets mit zwei Druckköpfen. Jeder hat etwa 500 piezoelektrische Düsen. Der eine Kopf bringt das Substratmaterial aus – ein Dielektrikum auf Acrylatbasis. Der andere verteilt Tinte, die zu 30 % bis 60 % mit Nanopartikeln aus Silber gefüllt ist.“ Schichtweise ausgehärtet werde mit IR- oder UV-Strahlern. Weitere Details zum Verfahren und den Einsatzgebieten verrät der gebürtige Hamburger hier im Podcast.

Was haben Julian Nagelsmann und Kai Laugsch gemeinsam? Sie sind beide Mitte 30 – und sie sind beide Bundestrainer: Der eine arbeitet für die DFB-Auswahl, der andere für die AM-Nationalmannschaft. (DFB steht für Deutscher Fußballbund, AM steht für Additive Manufacturing, also 3D-Druck.) Beide Männer sind maximal motiviert – und trotzdem gingen sie jeweils mit leeren Händen aus den jüngsten, internationalen Wettbewerben hervor. Dennoch haben beide auch gewonnen: An Sympathie und an Erfahrung. Was sie unterscheidet: Über Nagelsmann wurde zuletzt fast alles gesagt. Über Laugsch noch nicht. Deshalb kommt der Südwestfale in der aktuellen Folge des Podcasts „Druckwelle“ zu Wort. Der 36-Jährige schildert, wie die Weltmeisterschaft der Berufe, die „WorldSkills 2024“, verliefen. Sein besonderes Augenmerk gilt dabei natürlich dem AM-Team. „Unser Finalist in Lyon, Fabian Eisenschink von der Krones AG, erreichte am Ende den 9. Platz.“ Dies sei unter den gegebenen Voraussetzungen höchst respektabel. „Asiatische Teilnehmer werden für den Wettbewerb von ihren Unternehmen über Monate weitestgehend freigestellt.“ Auch sei die gestellte Hardware eher in Fernost im Einsatz – weniger in Europa. Auf der Druckwelle erklärt der Trainer, welche anspruchsvollen Aufgaben es im Rahmen der sechstägigen WM zu lösen galt – und warum die deutsche Nationalmannschaft beim nächsten Wettbewerb gewinnen wird…

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!

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…

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!

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…