3D-Druck: Paste statt Filament oder Pulver

Fabian Lorenz (l.) und Johannes Rudolph beim Einrichten des neuen Multi-Materialdruckers in Leichtbauweise, der bis zu drei Werkstoffe parallel verarbeitet. (Bildquelle: TU Chemnitz)

„Inzwischen sind die Grundzüge und die Entwicklungsrichtung unseres Verfahrens klar“, sagt Johannes Rudolph, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe der Technischen Universität Chemnitz. Statt des Siebdrucks entschieden sich die Forscher für ein 3D-Drucksystem. Dabei bewegt sich der Druckkopf dreidimensional entsprechend des Druckprogramms und drückt die an der TU entwickelte Spezialpaste an die vorgegebenen Punkte. So wächst im Drucker ein durch Aushärtung bereits verfestigtes, aber noch nicht belastbares Werkstück – der Grünling. Durch Wärmebehandlung versintert er anschließend zu einem stabilen Körper. „Durch die Temperatureinstellung im Sinterofen lassen sich die Eigenschaften der jeweiligen Materialien gezielt optimieren“, verweist Fabian Lorenz, ebenfalls Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Chemnitz, auf eine Einflussmöglichkeit bei diesem Prozessschritt.

Die Motivation der Chemnitzer Wissenschaftler speist sich aus dem derzeitigen Wirtschaftstrend: Die Luft- und Raumfahrt oder der Sondermaschinenbau und die Prototypenfertigung benötigen oft komplexe Bauteile in geringen Stückzahlen. Gleichzeitig sollen die dabei eingesetzten Werkstoffe sowie die Baugruppen hohen Anforderungen genügen. Das betrifft zum Beispiel die Hitzebeständigkeit oder die hohe Festigkeit bei geringem Gewicht. „Konventionelle Fertigungsverfahren stoßen hier an wirtschaftliche und zunehmend auch an technische Grenzen“, sagt Prof. Dr. Ralf Werner, Inhaber der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe an der TU Chemnitz. Weltweit werde deshalb unter anderem am 3D-Druck geforscht, bei dem Metallpulver, Kunststoffe oder Keramiken Schicht für Schicht verschmelzen.

Bislang experimentieren die Chemnitzer Wissenschaftler, die nach eigener Aussage aufgeschlossen gegenüber Projektpartnern und potenziellen Anwendern sind, noch mit einem einzelnen Druckkopf. Im nächsten Schritt wollen sie Druckjobs mit zwei und später auch mehr Druckköpfen für verschiedene Metall- und Keramikpasten testen. „Erst dann kommen die verfahrensspezifischen Vorteile des Multi-Materialdrucks voll zur Geltung, nämlich die einfache und preisgünstige Herstellung komplexer und geometrisch anspruchsvoller Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen in einem Arbeitsgang“, meint Rudolph. Als Beispiele nennt er hitzebeständige elektrische Antriebe, bei denen die isolierende Keramikummantelung mitgedruckt wird. Oder auch Behälter mit innenliegendem, hocheffizienten Wärmetauscher sowie Kühlkörper, die in den optimalen Bereichen von Kühlkanälen durchzogen sind.

(dl)