Druckwelle – ingenieur.de-Podcast zur Additiven Fertigung

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.