3D-Druck mit Metall

Noch handelt es sich bei den meisten Metall-3D-Druckern um kosten­intensive laserbasierte Anlagen. Doch alternative Verfahren sind in der Erprobung und sollen den Druck komplexer und gebrauchsfähiger Teile wirtschaftlicher machen. Ziel des Nachwuchs­wissenschaftlers Clemens Lieberwirth von der Universität Rostock ist es, Metallbauteile auf kostengünstige Weise mittels 3D-Druck herzustellen. Im Rahmen eines vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Drittmittelprojekts entwickelt Lieberwirth dafür einen neuartigen Fertigungs­prozess, das so genannte Composite Extrusion Modeling (CEM) Verfahren.

Am Anfang stand bei Clemens Lieberwirth die Vision, einen Metalldrucker zu konstruieren, der wohn­zimmer­tauglich ist. Seit längerer Zeit ist er fasziniert von der 3D-Druck-Technik. Bereits in seinem Masterstudium an der Universität Rostock beschäftigte sich Lieberwirth mit der Entwicklung eines innovativen 3D-Druck-Systems und widmete sich auch in seiner Masterarbeit dem 3D-Druck. Nun ist der 25-jährige Maschinenbauer am Lehrstuhl für Fluidtechnik und Mikrofluidtechnik unter der Leitung von Hermann Seitz als wissen­schaftlicher Mitarbeiter tätig und tüftelt erneut an einem neuen 3D-Druck-Verfahren.

Ausgangspunkt seiner Überlegungen ist das schon weit verbreitete Verfahren der Schmelz­schichtung, das bei 3D-Druckern zum Einsatz kommt. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut. Angetrieben von dem Gedanken, dieses Verfahren auch für die Fertigung von Metallteilen zu nutzen, hat Clemens Lieberwirth einen Druckkopf entwickelt und diesen auf einem umgebauten Drucker installiert. Aus dem Ausgangsmaterial, einem Granulat aus Kunststoff und Metallpulver, fertigt dieser neue Drucker Rohlinge. Die so genannten Grünteile werden im Anschluss in einem Ofen gesintert. Dabei werden sie erhitzt, wobei die Temperaturen knapp unterhalb der Schmelz­temperatur des Metalls bleiben, sodass der Kunststoff herausgelöst wird und die Metallteilchen sich verbinden. Die Entwicklung des Materialmixes übernimmt dabei der Kooperations­partner, die Bernhardt Kunststoff­verarbeitung GmbH. Das Sintern der Teile ist relativ kostengünstig im laufenden Betrieb industrieller Ofenanlagen durchführbar.

„Schon die ersten Untersuchungen zeigten, dass die auf diese Weise gefertigten Teile über sehr gute Festigkeits­eigenschaften verfügen und sich beispielsweise durch Fräsen oder Drehen bestens nachbearbeiten lassen“, fasst Clemens Lieberwirth die Erfolge seiner bisherigen Forschungs­arbeiten zusammen. Anders als bei dem schon auf dem Markt befindlichen laserbasierten 3D-Druckern können sogar hohle Bauteile mit innerer Stützstruktur produziert werden. Auch die Herstellung von Formen wird überflüssig, womit der Weg für eine wirtschaftliche Fertigung von individuellen Teilen frei wird.

„3D-Druck-Verfahren werden verstärkt als Fertigungs­methode im industriellen Umfeld eingesetzt“, dessen ist sich Seitz sicher. Die Einsatzbereiche für derartige Druck­verfahren sind vielfältig. Durch die individuelle passgenaue Anfertigungs­möglichkeit könnten sie den medizintechnischen Bereich revolutionieren. Vielfältige Anwendungs­möglichkeiten ergeben sich auch im Bereich des Automobil­baus und der Luft- und Raumfahrt­technik. Ersatzteile könnte man kostengünstig und schnell produzieren. Die Forschungsarbeiten sind mittlerweile so weit fortgeschritten, dass Lieberwirth neben seiner Promotion bereits eine Ausgründung plant. Der erste Schritt ist getan, das „Composite-Extrusion-Modeling-Verfahren“ ist zum Patent angemeldet.

U. Rostock / DE