Druckwelle – ingenieur.de-Podcast zur Additiven Fertigung

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.

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.

Ermöglicht die additive Fertigung eine flexible, stressresiliente und nachhaltige Produktion – zum Wohle der Gesellschaft, der Wirtschaft und der Umwelt? Eine Antwort auf diese globale Frage verspricht ein White Paper, das Fraunhofer-Forscher zusammen mit Kollegen der ETH Zürich und Experten des Weltwirtschaftsforums erarbeitet haben. Die Inhalte werden in dieser Folge präsentiert von einem der maßgeblichen Autoren: Matthias Schmitt vom Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen 3D-Drucker entwickelt, mit dem Weltraumreisende ihre Wunden künftig versorgen sollen. Das Gerät sieht aus wie ein Packbandabroller. Es spendet allerdings keine schnöde Klebefolie, sondern lebende Pflaster. Diese Pflaster bestehen aus zwei Komponenten: Einer Biotinte mit menschlichen Zellen sowie einem „Crosslinker“. Im Druckkopf werden beide Materialien vermengt und bilden ein Gel aus, dass auf Wunden haftet – auch unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. Sollte sich die Technik durchsetzen, könnte sie auch auf der Erde eingesetzt werden – etwa in entlegenen Gebieten. Ziel ist u. a. eine schnellere Wundheilung. Details erläutert in dieser Folge DLR-Projektleiter Michael Becker.

Glas ist toll: Es ist resistent gegenüber Chemikalien, hitzebeständig, kratzfest und obendrein leicht zu recyclen. Damit ist es den meisten Kunststoffen in allen Belangen überlegen. Obendrein sind die Rohstoffe zur Erzeugung des Werkstoffs vergleichsweise billig. Dennoch begegnen uns im Alltag überall Kunststoffe – auch dort, wo Glas vermutet werden könnte. (Ein Beispiel sind Kamera-Optiken in Smartphones.) Grund dafür ist der hohe Energiebedarf bei der Glasherstellung. Dieses Manko hat das Unternehmen Glassomer beseitigt. Die Freiburger nutzen 3D-Drucker und Spritzgiessmaschinen, um Produkte aus reinem, voll transparentem Quarzglas herzustellen. Dabei muss in keinem Produktionsschritt die Schmelztemperatur des Werkstoffs erzeugt werden. Möglich machen das die „Glassomere“. Details zu diesem erstaunlichen Material verrät in dieser Folge der wissenschaftliche Leiter und Mitgründer von Glassomer: Frederik Kotz-Helmer.

Der „generative Microguss“ kann eine Alternative sein zum pulverbettbasierten Laserschweißen (LPBF) und zum Binder Jetting – jedenfalls dann, wenn filigrane und hochpräzise Metallteile hergestellt werden sollen. Das Procedere: Zunächst werden Positivformen aus Wachs schichtweise aufgebaut, dann an einen Gussbaum montiert und in Gipskeramik gebettet. Anschließend kann das Wachs ausgebrannt und die hohle Form mit Metall ausgegossen werden. Vorteil: Es lassen sich fast alle schmelzbaren Legierungen verarbeiten. Außerdem entfällt das sensible Pulverhandling. Details zu dem Verfahren erklärt in dieser Folge Leonie Wallat von der Hochschule Karlsruhe.

Wer 3D-Drucken will, braucht Daten. Um sie zu erzeugen, sind meist Konstruktions- und Programmierkenntnisse erforderlich. Doch es geht auch einfacher – vorausgesetzt, das Bauteil liegt schon mindestens einmal vor. Dann braucht es nur einen 3D-Scanner, mit dem die Konturen optisch abgetastet werden. Das Gerät rechnet die erzeugten Bilder anschließend in verschiedene Druck-Formate um – und schon kann der Baujob gestartet werden. Wie die einzelnen Schritte im Detail funktionieren, erklärt in dieser Folge Knut Lehmann. Er ist Gold-Partner und einziger Markenbotschafter von Artec 3D in Deutschland. Das Luxemburger Unternehmen zählt zu den führenden Herstellern von 3D-Scannern im industriellen Umfeld.

Wenn Metallteile im industriellen Umfeld gedruckt werden sollen, ist das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen meist das Mittel der Wahl. Doch es gibt Alternativen, etwa das Elektronenstrahlschmelzen. Vorteil: Die eingebrachte Energie wird vom Werkstoff besser absorbiert. Außerdem wird der Strahl nicht mit Spiegeln, sondern im Magnetfeld abgelenkt. Es muss also keine Rücksicht genommen werden auf die Belastbarkeit von Galvoscannern. So kann die Aufbaurate deutlich gesteigert werden. Auch beim drahtbasierten Auftragsschweißen kann der Elektronenstrahl gute Dienste leisten. Wie das funktioniert – und wo die Unterschiede im Vergleich zum Lichtbogenschweißen liegen – erklärt Thorsten Löwer, CTO der pro-beam GmbH & Co. KGaA, in dieser Folge.

Nur wenige 3-D-Drucker können Endlosfasern in gedruckte Bauteile integrieren. Ganz neu in diesem exklusiven Zirkel ist der „Wizard 480+“. Doch damit nicht genug. Die Maschine des österreichischen Start-ups aps.techsolutions kann angeblich sogar Metall-Litzen ausbringen und einbauen – etwa Kupferdrähte. Als Basis- oder Matrixmaterial können verschiedenste, auch Hochleistungskunststoffe genutzt werden. Ebenfalls druckbar sind Filamente mit Sinterwerkstoffen (etwa Keramiken oder Metalle). Wie die vermeintliche Zaubermaschine funktioniert, erklären in dieser Folge der Elektronik- und Steuerungsexperte Simon Köldorfer sowie der Business Development Manager Andreas Wampl.

Noch zaubern tanzende Laserstrahlen vorwiegend Einzelstücke oder Kleinstserien aus dem Pulverbett. Ein Ziel vieler 3-D-Drucker-Hersteller und -Nutzer ist es aber, auch Massenprodukte additiv zu fertigen – möglichst weitgehend automatisiert. Diesem Ziel ist das Software- und Dienstleistungsunternehmen Materialise jetzt ein großes Stück näher gekommen. Es hat viele hundert Sattelklemmen für den italienischen Fahrradhersteller Pinarello gefertigt. Wie das möglich wurde, erklärt der Technische Projektleiter Philip Buchholz.

Wer kleine, individualisierte Kunststoffteile mit maximaler Detailgenauigkeit in kurzer Zeit braucht, sollte sich die FDR-Technologie (Fine Detail Resolution) von Eos anschauen. Das Konstruieren von teuren Mikro-Spritzguss-Formen wird dadurch obsolet. Und wer feine Kunststoffteile deutlich schneller als beim klassischen Lasersintern möchte, dem sei die LaserProFusion-Technologie des Unternehmens ans Herz gelegt. Dabei arbeiten nicht eine Hand voll Laser, sondern bis zu 1 Mio. Strahlquellen – parallel! Auch im Metallbereich haben die Kraillinger Neues am Start. Es geht um „digitale Werkstoffe“. Was das ist – und wo es hilft – weiß Tina Schlingmann. Die promovierte Materialwissenschaftlerin ist neu im Führungsteam von Eos. Sie erklärt alle Details auf der jüngsten „Druckwelle“, dem Podcast zur Additiven Fertigung. Reinhören!

Die Wiener UpNano GmbH baut Strukturen auf, deren Details lediglich 200 nm breit und 500 nm hoch sind. (Zur Einordnung: Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters.) Das Anwendungsspektrum der Technologie ist riesig. Möglich werden beispielsweise Mini-Mechaniken für Produkte aus dem Bereich Consumer Electronic und Medizintechnik. Selbst die Herstellung winziger, hochpräziser Optiken ist kein Problem mehr. Wie das im Detail funktioniert, erklärt in dieser Folge die Mitgründerin des Unternehmens, Denise Hirner.

In der Industrie werden Metallteile derzeit meist mittels pulverbettbasiertem Laserstrahl-Schmelzen (LPBF) gedruckt. Gute Maschinen mit vier Strahlquellen bringen rund 100 cm3 Material pro Stunde in Form. Die Berliner Firma Gefertec verzehnfacht diese Aufbaurate mit ihrem „3DMP“-Verfahren. Dazu wird ein kontinuierlich zugeführter Draht im Lichtbogen aufgeschmolzen; die Schmelze wird parallel über eine ausgeklügelte Kinematik auf dem Substrat abgelegt. Es entsteht eine endkonturnahe Form, die abschließend in einer Werkzeugmaschine nachbearbeitet werden muss. Technologische Details und mögliche Einsatzgebiete dieser außergewöhnlichen Form der additiven Fertigung erläutert Sascha Ungewiss, Leiter Business Development bei Gefertec.

Die Formula Student Germany 2021 steht in den Startlöchern. Ab dem 16. August sausen Studententeams aus verschiedenen Ländern mit ihren selbstkonstruierten Rennwagen über den Hockenheimring. Mit dabei ist das Team MunichMotorsport von der Hochschule München. Team-Chefin Martina Langen sowie Fahrer und 3-D-Druck-Experte Maximilian Schau erläutern in dieser Folge, welche Teile sie additiv aufgebaut haben – und warum. Das Ergebnis ist beeindruckend: Ihr E-Rennwagen wiegt nur 178 kg und beschleunigt in weniger als 2 s von 0 auf 100 km/h. Das Aerodynamik-Paket erzeugt einen Anpressdruck, der das Fahren an der Decke erlauben würde.

Wer additiv Metallteile aufbauen will, braucht mehr als „nur“ einen 3-D-Drucker. Zusätzlich nötig ist erweitertes Know-how in Sachen Design, Konstruktion, Arbeitssicherheit, Datenaufbereitung, Post-Processing und Qualitätssicherung. Vermittelt wird dieses Wissen u.a. vom Institut für werkzeuglose Fertigung (IwF). Die Aachener bieten aber nicht nur Einsteigerseminare mit einschlägigem Praxisteil im Labor. Sie kümmern sich auch um kundenindividuelle Probleme, gegebenenfalls auch vor Ort. Details der Angebote erläutert Geschäftsführerin Dr. Julia Kessler.

Die künstliche Hüfte passt perfekt, das neue Knie knickt ohne Knirschen und Knacken: Mittels 3-D-Druck lassen sich Prothesen leicht personalisieren. Forschern aus Breslau, Chemnitz und Dresden reicht das aber nicht. Sie integrieren Sensoren, die etwa bei Entzündungsreaktionen per Funk Alarm schlagen. Außerdem integrieren sie Fasern in individualisierte Schädelimplantate. Dadurch wird der Knochenersatz hochfest, ohne hochgewichtig zu sein. Im April hat sich die Forschergruppe formiert zum Zentrum „Additive Technologien für Medizin und Gesundheit (ATeM)“. Was an diesem Zentrum aktuell passiert ­ ­– und in der Pipeline ist –, erklären Christoph Leyens, Leiter des Fraunhofer Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) sowie Lothar Kroll, Wissenschaftlicher Direktor für Leichtbau- und Textiltechnologien am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU).

Egal ob Wohnhäuser, Büroimmobilien, Industriehallen oder Straßen und Brücken – in so ziemlich jedem Bausektor werden Betonfertigteile eingesetzt. Der Markt ist gigantisch. Alleine in Deutschland gibt es etwa 700 Hersteller. Bei komplexen Teilen setzen sie auf Schalungsmodule, die zusammengepuzzelt werden müssen. Oder sie sägen Bretter auf Maß und fügen sie passgenau. Beides ist zeitaufwendig – und entsprechend teuer. Abhilfe schaffen will das Jungunternehmen Aeditive. Die Norderstedter haben den Spritzbeton-Drucker „Concrete Aeditor“ entwickelt. Er basiert im wesentlichen auf zwei Industrierobotern, einer eigens entwickelten Spritzdüse und smarter Software. Details und Einsatzgebiete erklärt Mitgründer und Geschäftsführer Alexander Türk.

Pro Jahr werden in Deutschland rund 75.000 Patienten in den Operationssaal geschoben, um einen Bypass zu empfangen. Damit werden Engstellen oder Defekte im kardiovaskulären System umgangen. Oft besteht dieses aderförmige Gebilde aus einem Polymergewebe. Problematisch daran: Der Kunstfaser-Schlauch setzt sich schnell wieder zu. Deshalb wollen Forschende aus Kiel nun naturnahe Gefäße auf Basis lebender Zellen im 3-D-Drucker herstellen. Kopf des Teams ist Rouven Berndt, Oberarzt für Herzgefäßchirurgie an der Universitätsklinik Schleswig-Holstein. Er erklärt in dieser Folge, wie der Fertigungsprozess funktioniert und wann die Technik in den klinischen Alltag Einzug halten könnte.

Gut für die Gesundheit, gut für das Gewissen und gut für den Planeten: Das Wiener Start-up Revo Foods hat eine Technologie entwickelt, mit der Geschmack, Textur und Aussehen von Seafood-Produkten genau nachgebildet werden können. Im 3-D-Druckprozess werden Pasten aus Erbsenproteinen, Algenextrakten, Pflanzenfasern und Ballaststoffen geschickt in Form gebracht. Geschäftsführer Robin Simsa erklärt Details.

Man kennt es aus dem Büro-Laserdrucker: Eine elektrostatisch aufgeladene Walze zieht überall dort Toner an, wo sie via Laser entladen wurde. Anschließend legt sie das Pulver auf dem Papier ab. Ein Team um Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger von der TH Köln hat diese Idee nun zum 3-D-Druck-Verfahren weiterentwickelt. Die Forschenden bringen einfach sehr, sehr viele Schichten auf das Papier! Irgendwann entstehen auf diese Weise 3-D-Bauteile. Jedenfalls dann, wenn man den richtigen Toner nimmt. Das funktioniert auch im Weltall, sogar im Multimaterial-Mix.

Das Ziel ist sportlich: Innerhalb von nur einer Sekunde sollen rund 1 Mio. Zellen auf Vitalität geprüft und dann zielgenau auf einem Substrat abgelegt werden. So entstünde pro Sekunde etwa 1 mm3 biologisch aktives Material. Vorgenommen haben sich das vier WissenschaftlerInnen aus Bayern. Der Physiker im Team ist Heinz P. Huber, Leiter des Laserzentrums der Hochschule München. Er erläutert das Funktionsprinzip: „Wir schießen mit einem Ultrakurzpulslaser von unten auf eine Glasfläche. Auf dieser befinden sich die Zellen, eingebettet in ein Hydrogel.“ Der stark fokussierte Laser erzeuge mit seiner Pulsenergie von 5 µJ und einer Pulsdauer von 500 fs eine winzige Plasmaexplosion unmittelbar unterhalb einer Zelle. Dadurch entstehe eine Druckwelle, die ihrerseits einen Jet ausbilde. „An dessen Spitze fliegt die Zelle“, so Huber, „aber nur kurz.“ Sie lande zielgenau auf einem Trägergerüst oder in einem Nährmedium. Wie es weitergeht, erklärt der Professor in dieser Podcast-Folge. GEMA-freie Musik von https://audiohub.de

Forscher des Fraunhofer IFAM in Dresden haben ein Produktionsverfahren entwickelt, mit dem sich komplexe Metallteile vergleichsweise leicht herstellen lassen – auch im Weltall. Basis sind 3-D-gedruckte Formen aus Kunststoff. Dort hinein werden erwärmte Metallsuspensionen gegossen. Sobald die Masse ausgehärtet ist, kann entformt und gesintert werden. Das funktioniert auch in Schwerelosigkeit. Interessant ist das einfache Verfahren nicht nur für große Auto-, Luft- und Raumfahrt-Konzerne, sondern auch für kleine Betriebe. Details verrät Mitentwickler Thomas Studnitzky. GEMA-freie Musik von https://audiohub.de

Die verschiedenen Verfahren, mit denen Metallteile additiv gefertigt werden können, werden immer besser, günstiger und produktiver. Dementsprechend gibt es schon Stimmen, die traditionelle Herstellungsmethoden ­– etwa das Metallgießen – auf der roten Liste der aussterbenden Arten sehen. Ob sie recht haben? Oder könnte der 3-D-Druck nicht vielleicht sogar die Zukunft des Formgusses sein? Die Voxeljet AG ist davon überzeugt. Warum? Weil die Bayern die Formen drucken! Wie das funktioniert und für wen das interessant ist, erklärt in dieser Folge Tobias King. Er ist u.a. für die Einführung neuer Produkte und Anwendungen zuständig. Der 37-Jährige erläutert außerdem, wie mit den Maschinen des Unternehmens ausschmelzbare Feingussformen hergestellt werden können. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Ein Forscherteam an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat es geschafft, Flüssigkeiten in 3-D-gedruckte Objekte zu integrieren. Sie können jetzt beispielsweise Tabletten inklusive Wirkstoffe drucken. Oder sie fertigen Bauteile, die während ihrer Nutzungsphase eine etwaige Materialermüdung durch austretende Flüssigkeit anzeigen. Auch selbstheilende Kunststoffe werden mithilfe kleiner, integrierter Depots möglich. Akkus werden dadurch sicherer und langlebiger. Details erklären Wolfgang Binder, Inhaber des Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie und Doktorand Harald Rupp. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Auf Knopfdruck sollen 3-D-Drucker demnächst funktionierende, gebrauchsfertige Elektromotoren oder andere mechatronische Komponenten ausdrucken. Wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass innerhalb eines Baujobs verschiedenen Materialien verarbeitet und etwaige Leitungen oder gar Sensoren integriert werden können. Genau daran arbeiten Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV im Projekt Multimaterial-Zentrum Augsburg. Sie nutzen dabei verschiedene Druckverfahren, etwa das selektive Laserschmelzen oder das Kaltgasspritzen. Einblicke in die Forschungen gewährt Dr. Georg Schlick, Leiter der Abteilung Komponenten und Prozesse, Fraunhofer IGCV.“ Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Wer den Erdtrabanten als Basis für Reisen zu anderen Planeten nutzen möchte, muss dort eine Infrastruktur aufbauen. Stellt sich die Frage: Woher kommt das benötigte Material? Raufschießen per Rakete ist keine Option. Der aktuelle Nutzlast-Preis liegt bei etwa 3 Mio. $/kg. Zur Einordnung: Ein Ziegelstein wiegt rund 2 kg. Wirtschaftlicher wäre es, wenn man die Ressourcen vor Ort nutzen könnte. Die sind allerdings knapp bemessen: Viel mehr als Mondstein und -staub ist bisher nicht gefunden worden. Deshalb haben sich Forscher vom Laserzentrum Hannover (LZH) vorgenommen, den Staub („Regolith“) per Laser in beständige Formen zu bringen. Die ersten irdischen Tests waren vielversprechend. Details verrät der Wissenschaftliche Mitarbeiter Niklas Gerdes in dieser Folge der „Druckwelle“. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Was sich im „Xube“ der Xolo GmbH abspielt, könnte die Zukunft des 3-D-Drucks mit Kunststoffen sein. Betrachter fühlen sich erinnert an den „Replikator“ des Raumschiffes Enterprise: Alle erdenklichen Bauteile materialisieren sich in Windeseile wie aus dem Nichts – ein Knopfdruck genügt. Wie das funktioniert, verrät Stefan Hecht in dieser Folge der „Druckwelle“. Er ist Mitgründer des Berliner Unternehmens und zugleich wissenschaftlicher Direktor am Leibnitz-Institut für Interaktive Materialien in Aachen. Wer die futuristische Produktion selbst nutzen will, hat übrigens seit einigen Tagen die Gelegenheit dazu: Der Drucker kann für 50 000 € gekauft werden. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Der US-Druckerhersteller Markforged ist ein Pionier bei der Nutzung von Endlosfasern im 3-D-Druck. Entstehende Bauteile sind fest wie Aluminium. Sie sind aber noch leichter und vergleichsweise kostengünstig. Wie die Drucker funktionieren und für wen sie interessant sind, erläutert Joachim Kasemann. Er ist Geschäftsführer der Mark3D GmbH, dem weltweit größten, selbständigen Markforged Partner. Der Hesse kündigt obendrein eine Software an, mit der die Bauteile nicht nur konstruiert, sondern auch gleich simulativ getestet werden können. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Die Lübecker SLM Solutions AG hat ihre neueste Maschine („NXG XII 600“) mit einem Dutzend Strahlquellen à 1000 W ausgestattet. Große Bauteile lassen sich damit in kurzer Zeit herstellen. Doch der Weg dahin war steinig. Produktmanager Jonas Mersch und Marketing-Chef Sebastian Kässner erläutern, welche technischen Hürden es gab – und wie sie überwunden wurden. Sie erläutern außerdem die völlig neue „Zoom-Funktion“. Diese erlaubt es, den Spot-Durchmesser während des Schmelzvorgangs zu variieren. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Kaum ein Bauteil, was gerade aus dem 3-D-Drucker kommt, ist sofort einsatzfähig. Je nach Druckverfahren müssen zunächst Stützstrukturen abgesägt, Pulverreste entfernt und Oberflächen bearbeitet werden. Noch erfolgt das meist manuell. Die Folge: hohe Kosten und nicht reproduzierbare Ergebnisse. Zu den Firmen, die diese Situation verbessern wollen, zählt die Rösler Group. Unter der Marke „AM Solutions“ bieten die Unterfranken verschiedene Automationslösungen an. Details erklären der Leiter der Abteilung, Manuel Laux, sowie Vertriebsingenieur Valentin Schulz. Am Ende skizzieren sie die menschenleere Fabrik. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Beim Digital Light Processing (DLP) entstehen hochpräzise Kunststoffteile in Rekordzeit. Statt nacheinander einzelne Punkte im Harzbad zu bestrahlen, werden ganze Schichten zeitgleich ausgehärtet. Entscheidend ist dabei die Lichtleistung in der Ebene sowie der Kontrast. Das österreichische Unternehmen In-Vision hat jetzt die stärkste Light-Engine der Welt vorgestellt. Wie sie funktioniert und was sie kann, erklärt der CTO der Firma, Christof Hieger. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

In dieser Folge geht es um filigrane Formen, die bis vor kurzem unmöglich waren. Die Lithoz GmbH zählt zu den Weltmarktführern beim Drucken von Keramiken. Die Maschinen der Österreicher stellen beispielsweise Gusskerne oder individuelle Knochenimplantate her. Es entstehen besagte filigrane Formen, die bis vor kurzem noch unmöglich waren. Wie das funktioniert, erläutert Mitgründer und Geschäftsführer Johannes Homa. Er beschreibt außerdem die jüngste Entwicklung seines Unternehmens: einen Multi-Material-Drucker. Damit lassen sich beispielsweise Keramiken mit Metallen oder Kunststoffen kombinieren – innerhalb eines Bauteils. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Es gibt Kunststoffe, die sind selbstschmierend und verschleißarm. Ihr Name: Tribo-Polymere. Sie sind ideal, um beispielsweise Gleitlager daraus herzustellen. Zu den führenden Anbietern zählt die Igus GmbH. Die Kölner bieten das Material auch für den 3-D-Druck an, sowohl in Pulver- als auch in Filamentform. Tom Krause, im Unternehmen für die Additive Fertigung verantwortlich, erklärt Verarbeitungs- und Einsatzmöglichkeiten. Er erläutert ferner die jüngste Entwicklung: additiv gefertigte Bauteile mit integrierter Verschleiss-Sensorik. Sie melden proaktiv, wenn ihr Lebensende naht. Wer keinen Drucker hat, kann benötigte Bauteile auch bei Igus bestellen. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Im nordrhein-westfälischen Beckum entsteht gerade Deutschlands erstes Wohngebäude aus dem 3-D-Drucker. Redakteur Stefan Asche war auf der Baustelle und hat sich Details des Projekts erläutern lassen. Dr. Fabian Meyer-Broetz von der ausführenden Peri GmbH verriet ihm beispielsweise, dass der aufgebaute Drucker für einen Quadratmeter Hohlwand nur fünf Minuten benötigt. „Theoretisch möglich wäre aber sogar die vierfache Geschwindigkeit.“ Bedient werden könne die Maschine von zwei Personen. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de

Die „Impact Gun“ der Impact Innovations GmbH sieht aus wie eine Science-Fiction-Strahlenkanone. Sie beschleunigt Metallpulver unter ohrenbetäubendem Lärm auf bis zu 1200 m/s. Beim Auftreffen verformen sich die Partikel und das Substrat. Übrig bleibt eine fest haftende, dichte und oxid-arme Schicht. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Bratpfannen veredeln - sondern auch Raketentriebwerke additiv aufbauen. Details zum Verfahren erläutern Peter Richter und Leonhard Holzgaßner. Die beiden sind Co-Geschäftsführer des oberbayerischen Unternehmens. Zu ihren Kunden zählen u.a. GE, Siemens und Rolls Royce. Post-Production: Melomania by Marvin Müller (www.getmelomania.de) GEMAfreie Musik von https://audiohub.de