Elektronenstrahl-3D-Drucker für Metalle an der Universität Kassel
Mit einem neuen 3D-Drucker für Metalle forscht das Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel an der Zukunft der Industrieproduktion. Das Team rund um Prof. Dr.-Ing. Thomas Niendorf arbeitet daran, den Prozess des Druckens zu optimieren, um Teile möglichst fehlerfrei zu bauen. Außerdem sucht das Team nach Metallen, die sich gut für den Druck eignen.
Beim 3D-Drucker an der Universität Kassel wird Metallpulver durch einen Elektronenstrahl geschmolzen. Solche Anlagen sind an deutschen Universitäten noch rar. Anwendung finden sie vor allem in der Hightech-Branche. Da das Verfahren noch nicht für alle Industriezweige ausreichend erprobt wurde, wird es beständig weiterentwickelt. An dieser Stelle leisten die Forscherinnen und Forscher aus Kassel Grundlagen-Arbeit – etwa wenn es darum geht, die physikalischen Eigenschaften der fertigen Produkte an die Bedürfnisse der verschiedenen Branchen anzupassen. Der Drucker an der Uni Kassel im Wert von rund 750.000 Euro wurde zu 100 Prozent von der DFG finanziert.
Um einen Gegenstand zu drucken, müssen die Kasseler Ingenieurinnen und Ingenieure zunächst ein virtuelles Modell des Objekts anfertigen und die Daten am Computer für den Drucker übersetzen. Jede Schicht, die der Drucker aufträgt, ist nur etwa 30 bis 150 Mikrometer dick – das entspricht in etwa dem Durchmesser eines menschlichen Haares. Je nach Größe der einzelnen Teile kann in einem Druckvorgang eine Vielzahl verschiedener Objekte gleichzeitig hergestellt werden. Während des Druckvorgangs beträgt die Temperatur im Inneren des Druckers dabei bis zu 1200 Grad Celsius. Nach dem Druck werden alle Teile von umgebendem Metallpulver befreit, nachbehandelt und geprüft.
Weltweit dominieren Titanlegierungen beim 3D-Druck mit Metallen. Sie machen ca. 80 Prozent des Weltmarktes aus. Zertifiziert sind sie unter anderem für die Biomedizin und die Luftfahrtindustrie. Neben der Suche nach weiteren geeigneten Metallen forschen die Ingenieurinnen und Ingenieure der Uni Kassel vor allem im Bereich der Nachbearbeitung und Prüfung der Druckerzeugnisse. Niendorf hebt hervor: „Wir testen jedes Teil, das den Drucker verlässt, auf Stabilität und Beschaffenheit. Dazu stehen uns diverse Röntgendiffraktometer, zwei Rasterelektromikroskope, mechanische Prüfmaschinen und ein Computertomograph zur Verfügung.“
Chancen für die Deutsche Volkswirtschaft
Seit Oktober 2015 ist Dr.-Ing. Thomas Niendorf Professor im Fachgebiet Metallische Werkstoffe des Instituts für Werkstofftechnik. Niendorf ist Experte für den 3D-Druck mit Metallen und forscht schwerpunktmäßig am Herstellungsprozess und der Mikrostruktur, den mechanischen Eigenschaften und der Schädigungsentwicklung von Gegenständen aus dem 3D-Drucker. Studiert und promoviert hat Niendorf an der Universität Paderborn. Von 2010 bis 2014 leitete er dort den Bereich der Materialermüdung. Im Anschluss forschte er rund ein Jahr lang an der TU Bergakademie Freiberg.
Der Markt für 3D-Druck mit Metallen ist in den letzten fünf Jahren stark gewachsen. Niendorf erklärt: „Die Gegenstände, die wir herstellen sind extrem filigran und komplex. Anders als im 3D-Druck könnte man sie oft gar nicht produzieren.“ Einen Arbeitsplatzverlust für die deutsche Volkswirtschaft erwartet der Wissenschaftler durch die neue Art der Produktion nicht: „Deutsche Hersteller sind führend bei der Erzeugung von Metallpulvern und dem Bau von Anlagen zum 3D-Laserschmelzen.“ Zudem zeigten viele Unternehmen Interesse an Experten für 3D-Druck. Entsprechend groß sei der Bedarf an Fachkräften.
Die Universität Kassel ist eine junge, moderne Hochschule mit rund 330 Professorinnen und Professoren und etwa 24.000 Studierenden. Einer ihrer Forschungsschwerpunkte ist die Werkstoff- und Produktionstechnik.
Quelle: Uni Kassel (JH)
