Forscher revolutioniert Metall-3D-Druck

08.12.2015 - Deutschland

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 Professor 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 Professor 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 könnten kostengünstig und schnell produziert werden.

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.

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