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Es ist schneller als das pulverbettbasierte Laserschmelzen – und präziser als das drahtbasierte Auftragsschweißen: Das Liquid Metal Printing (LMP). Bei diesem Verfahren wird flüssiges Metall mit hoher Frequenz in winzigen Tröpfchen ausgebracht. Im temperierten Bauraum verbinden sie sich zum Zielobjekt – Schicht für Schicht. Bislang gab es nur ein Unternehmen weltweit, dass diese Technik beherrscht: Xerox, USA. Nun gibt es einen Wettbewerber: die Grob-Werke aus dem bayerischen Mindelheim. Wie ihr „GMP300“-Drucker funktioniert und welche Aufbauraten er erreicht, erklärt in dieser Folge der Teamleiter für Additive Fertigung: Johannes Glasschröder.

Die Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF) ist sowohl in der Industrie als auch in der Maker-Szene weit verbreitet. Das Verfahren hat aber zwei Schwachstellen: lange Druckzeiten und geringe Festigkeiten in der Z-Achse. Beide Probleme will das Start-up Liqtra beheben. Dazu setzt es auf einen Druckkopf, der bis zu sieben Filamente gleichzeitig aufschmilzt und extrudiert. Ergebnis: Die Aufbaugeschwindigkeit wird deutlich gesteigert – und der erhöhte Wärmeeintrag verbessert die Anbindung zwischen den einzelnen Schichten. Erstaunlich: Trotz des großzügigen Materialaustrags sind angeblich feine Strukturen und scharfe Ecken möglich. Wie das funktionieren soll, erklärt in dieser Folge der Mitgründer des Hamburger Unternehmens, Joscha Krieglsteiner.

Bremsscheiben, Hydraulikzylinder, Gleitlager sowie große Bauteile für die Öl-, Gas- oder Papierindustrie: Die Anwendungsfelder des jungen „HiClad“-Verfahrens sind vielfältig. Die Technik erlaubt es, bis zu 18 kg Metall zielgenau auf ein Substrat aufzutragen. Basis sind Diodenlaser mit einer brachialen Leistung von bis zu 45 kW. Das Rohmaterial kann sowohl in Pulver- als auch in Drahtform zugeführt werden – sogar simultan aus bis zu acht Quellen. Zu den maßgeblichen Entwicklern zählen Maria Barbosa vom Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS sowie Sörn Ocylok vom Industrielaser-Hersteller Laserline aus Mülheim-Kärlich. Die beiden Experten erklären in dieser Folge die Details des robusten Beschichtungsverfahrens.

An der Uni Kassel können 3D-Druck-Bauteilen bei der Entstehung beobachtet werden – auf atomarer Ebene. Möglich macht das die hellste Labor-Röntgenquelle der Welt. Mit ihrer Hilfe wollen Forschende neue Werkstoffe entwickeln, Fehler schneller erkennen und korrigieren, leistungsfähigere Bauteile realisieren und die Produktion nachhaltiger gestalten. Wie es funktioniert, erklären in dieser Folge Thomas Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe im Institut für Werkstofftechnik sowie Alexander Liehr, Leiter der Arbeitsgruppe Röntgenfeinstrukturanalyse.

Ermöglicht die additive Fertigung eine flexible, stressresiliente und nachhaltige Produktion – zum Wohle der Gesellschaft, der Wirtschaft und der Umwelt? Eine Antwort auf diese globale Frage verspricht ein White Paper, das Fraunhofer-Forscher zusammen mit Kollegen der ETH Zürich und Experten des Weltwirtschaftsforums erarbeitet haben. Die Inhalte werden in dieser Folge präsentiert von einem der maßgeblichen Autoren: Matthias Schmitt vom Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen 3D-Drucker entwickelt, mit dem Weltraumreisende ihre Wunden künftig versorgen sollen. Das Gerät sieht aus wie ein Packbandabroller. Es spendet allerdings keine schnöde Klebefolie, sondern lebende Pflaster. Diese Pflaster bestehen aus zwei Komponenten: Einer Biotinte mit menschlichen Zellen sowie einem „Crosslinker“. Im Druckkopf werden beide Materialien vermengt und bilden ein Gel aus, dass auf Wunden haftet – auch unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. Sollte sich die Technik durchsetzen, könnte sie auch auf der Erde eingesetzt werden – etwa in entlegenen Gebieten. Ziel ist u. a. eine schnellere Wundheilung. Details erläutert in dieser Folge DLR-Projektleiter Michael Becker.

Glas ist toll: Es ist resistent gegenüber Chemikalien, hitzebeständig, kratzfest und obendrein leicht zu recyclen. Damit ist es den meisten Kunststoffen in allen Belangen überlegen. Obendrein sind die Rohstoffe zur Erzeugung des Werkstoffs vergleichsweise billig. Dennoch begegnen uns im Alltag überall Kunststoffe – auch dort, wo Glas vermutet werden könnte. (Ein Beispiel sind Kamera-Optiken in Smartphones.) Grund dafür ist der hohe Energiebedarf bei der Glasherstellung. Dieses Manko hat das Unternehmen Glassomer beseitigt. Die Freiburger nutzen 3D-Drucker und Spritzgiessmaschinen, um Produkte aus reinem, voll transparentem Quarzglas herzustellen. Dabei muss in keinem Produktionsschritt die Schmelztemperatur des Werkstoffs erzeugt werden. Möglich machen das die „Glassomere“. Details zu diesem erstaunlichen Material verrät in dieser Folge der wissenschaftliche Leiter und Mitgründer von Glassomer: Frederik Kotz-Helmer.

Der „generative Microguss“ kann eine Alternative sein zum pulverbettbasierten Laserschweißen (LPBF) und zum Binder Jetting – jedenfalls dann, wenn filigrane und hochpräzise Metallteile hergestellt werden sollen. Das Procedere: Zunächst werden Positivformen aus Wachs schichtweise aufgebaut, dann an einen Gussbaum montiert und in Gipskeramik gebettet. Anschließend kann das Wachs ausgebrannt und die hohle Form mit Metall ausgegossen werden. Vorteil: Es lassen sich fast alle schmelzbaren Legierungen verarbeiten. Außerdem entfällt das sensible Pulverhandling. Details zu dem Verfahren erklärt in dieser Folge Leonie Wallat von der Hochschule Karlsruhe.

Wer 3D-Drucken will, braucht Daten. Um sie zu erzeugen, sind meist Konstruktions- und Programmierkenntnisse erforderlich. Doch es geht auch einfacher – vorausgesetzt, das Bauteil liegt schon mindestens einmal vor. Dann braucht es nur einen 3D-Scanner, mit dem die Konturen optisch abgetastet werden. Das Gerät rechnet die erzeugten Bilder anschließend in verschiedene Druck-Formate um – und schon kann der Baujob gestartet werden. Wie die einzelnen Schritte im Detail funktionieren, erklärt in dieser Folge Knut Lehmann. Er ist Gold-Partner und einziger Markenbotschafter von Artec 3D in Deutschland. Das Luxemburger Unternehmen zählt zu den führenden Herstellern von 3D-Scannern im industriellen Umfeld.

Wenn Metallteile im industriellen Umfeld gedruckt werden sollen, ist das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen meist das Mittel der Wahl. Doch es gibt Alternativen, etwa das Elektronenstrahlschmelzen. Vorteil: Die eingebrachte Energie wird vom Werkstoff besser absorbiert. Außerdem wird der Strahl nicht mit Spiegeln, sondern im Magnetfeld abgelenkt. Es muss also keine Rücksicht genommen werden auf die Belastbarkeit von Galvoscannern. So kann die Aufbaurate deutlich gesteigert werden. Auch beim drahtbasierten Auftragsschweißen kann der Elektronenstrahl gute Dienste leisten. Wie das funktioniert – und wo die Unterschiede im Vergleich zum Lichtbogenschweißen liegen – erklärt Thorsten Löwer, CTO der pro-beam GmbH & Co. KGaA, in dieser Folge.

Nur wenige 3-D-Drucker können Endlosfasern in gedruckte Bauteile integrieren. Ganz neu in diesem exklusiven Zirkel ist der „Wizard 480+“. Doch damit nicht genug. Die Maschine des österreichischen Start-ups aps.techsolutions kann angeblich sogar Metall-Litzen ausbringen und einbauen – etwa Kupferdrähte. Als Basis- oder Matrixmaterial können verschiedenste, auch Hochleistungskunststoffe genutzt werden. Ebenfalls druckbar sind Filamente mit Sinterwerkstoffen (etwa Keramiken oder Metalle). Wie die vermeintliche Zaubermaschine funktioniert, erklären in dieser Folge der Elektronik- und Steuerungsexperte Simon Köldorfer sowie der Business Development Manager Andreas Wampl.

Arbeit als reiner Broterwerb war gestern. Der Beruf soll Spaß machen, sinnhaft sein und sich in den Lebensalltag integriert werden können, ohne dass wir ihn als lästige Pflicht oder gar Störfaktor wahrnehmen: "New Work" nennen Soziologen das seit den 70ern. Jetzt, in Home-Office-Zeiten, wird das Buzz Word lebendig wie nie zuvor: Plötzlich sind wir alle zu "New Work" gezwungen, ob wir wollen oder nicht. Das kann immense Vorteile für den Joballtag haben, wenn wir jetzt die richtigen Konventionen finden, sagt Psychologe Stephan Grünewald, Gründer des renommierten Rheingold-Instituts. "Auf die Unternehmen kommt eine ganz neue Fürsorgepflicht zu", sagt er. Denn immer mehr Remote-Work birgt auch das Risiko, dass Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sozial ins Abseits geraten und zudem dazu tendieren, sich selbst auszubeuten. Wie das verhindert werden kann, verrät unser Gast Stephan Grünewald im Gespräch mit Wolfgang Schmitz und Peter Sieben in dieser Episode.

Noch zaubern tanzende Laserstrahlen vorwiegend Einzelstücke oder Kleinstserien aus dem Pulverbett. Ein Ziel vieler 3-D-Drucker-Hersteller und -Nutzer ist es aber, auch Massenprodukte additiv zu fertigen – möglichst weitgehend automatisiert. Diesem Ziel ist das Software- und Dienstleistungsunternehmen Materialise jetzt ein großes Stück näher gekommen. Es hat viele hundert Sattelklemmen für den italienischen Fahrradhersteller Pinarello gefertigt. Wie das möglich wurde, erklärt der Technische Projektleiter Philip Buchholz.

Wer kleine, individualisierte Kunststoffteile mit maximaler Detailgenauigkeit in kurzer Zeit braucht, sollte sich die FDR-Technologie (Fine Detail Resolution) von Eos anschauen. Das Konstruieren von teuren Mikro-Spritzguss-Formen wird dadurch obsolet. Und wer feine Kunststoffteile deutlich schneller als beim klassischen Lasersintern möchte, dem sei die LaserProFusion-Technologie des Unternehmens ans Herz gelegt. Dabei arbeiten nicht eine Hand voll Laser, sondern bis zu 1 Mio. Strahlquellen – parallel! Auch im Metallbereich haben die Kraillinger Neues am Start. Es geht um „digitale Werkstoffe“. Was das ist – und wo es hilft – weiß Tina Schlingmann. Die promovierte Materialwissenschaftlerin ist neu im Führungsteam von Eos. Sie erklärt alle Details auf der jüngsten „Druckwelle“, dem Podcast zur Additiven Fertigung. Reinhören!

In der Industrie werden Metallteile derzeit meist mittels pulverbettbasiertem Laserstrahl-Schmelzen (LPBF) gedruckt. Gute Maschinen mit vier Strahlquellen bringen rund 100 cm3 Material pro Stunde in Form. Die Berliner Firma Gefertec verzehnfacht diese Aufbaurate mit ihrem „3DMP“-Verfahren. Dazu wird ein kontinuierlich zugeführter Draht im Lichtbogen aufgeschmolzen; die Schmelze wird parallel über eine ausgeklügelte Kinematik auf dem Substrat abgelegt. Es entsteht eine endkonturnahe Form, die abschließend in einer Werkzeugmaschine nachbearbeitet werden muss. Technologische Details und mögliche Einsatzgebiete dieser außergewöhnlichen Form der additiven Fertigung erläutert Sascha Ungewiss, Leiter Business Development bei Gefertec.

Die Formula Student Germany 2021 steht in den Startlöchern. Ab dem 16. August sausen Studententeams aus verschiedenen Ländern mit ihren selbstkonstruierten Rennwagen über den Hockenheimring. Mit dabei ist das Team MunichMotorsport von der Hochschule München. Team-Chefin Martina Langen sowie Fahrer und 3-D-Druck-Experte Maximilian Schau erläutern in dieser Folge, welche Teile sie additiv aufgebaut haben – und warum. Das Ergebnis ist beeindruckend: Ihr E-Rennwagen wiegt nur 178 kg und beschleunigt in weniger als 2 s von 0 auf 100 km/h. Das Aerodynamik-Paket erzeugt einen Anpressdruck, der das Fahren an der Decke erlauben würde.

Wer additiv Metallteile aufbauen will, braucht mehr als „nur“ einen 3-D-Drucker. Zusätzlich nötig ist erweitertes Know-how in Sachen Design, Konstruktion, Arbeitssicherheit, Datenaufbereitung, Post-Processing und Qualitätssicherung. Vermittelt wird dieses Wissen u.a. vom Institut für werkzeuglose Fertigung (IwF). Die Aachener bieten aber nicht nur Einsteigerseminare mit einschlägigem Praxisteil im Labor. Sie kümmern sich auch um kundenindividuelle Probleme, gegebenenfalls auch vor Ort. Details der Angebote erläutert Geschäftsführerin Dr. Julia Kessler.

Die künstliche Hüfte passt perfekt, das neue Knie knickt ohne Knirschen und Knacken: Mittels 3-D-Druck lassen sich Prothesen leicht personalisieren. Forschern aus Breslau, Chemnitz und Dresden reicht das aber nicht. Sie integrieren Sensoren, die etwa bei Entzündungsreaktionen per Funk Alarm schlagen. Außerdem integrieren sie Fasern in individualisierte Schädelimplantate. Dadurch wird der Knochenersatz hochfest, ohne hochgewichtig zu sein. Im April hat sich die Forschergruppe formiert zum Zentrum „Additive Technologien für Medizin und Gesundheit (ATeM)“. Was an diesem Zentrum aktuell passiert ­ ­– und in der Pipeline ist –, erklären Christoph Leyens, Leiter des Fraunhofer Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) sowie Lothar Kroll, Wissenschaftlicher Direktor für Leichtbau- und Textiltechnologien am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU).

Egal ob Wohnhäuser, Büroimmobilien, Industriehallen oder Straßen und Brücken – in so ziemlich jedem Bausektor werden Betonfertigteile eingesetzt. Der Markt ist gigantisch. Alleine in Deutschland gibt es etwa 700 Hersteller. Bei komplexen Teilen setzen sie auf Schalungsmodule, die zusammengepuzzelt werden müssen. Oder sie sägen Bretter auf Maß und fügen sie passgenau. Beides ist zeitaufwendig – und entsprechend teuer. Abhilfe schaffen will das Jungunternehmen Aeditive. Die Norderstedter haben den Spritzbeton-Drucker „Concrete Aeditor“ entwickelt. Er basiert im wesentlichen auf zwei Industrierobotern, einer eigens entwickelten Spritzdüse und smarter Software. Details und Einsatzgebiete erklärt Mitgründer und Geschäftsführer Alexander Türk.

Pro Jahr werden in Deutschland rund 75.000 Patienten in den Operationssaal geschoben, um einen Bypass zu empfangen. Damit werden Engstellen oder Defekte im kardiovaskulären System umgangen. Oft besteht dieses aderförmige Gebilde aus einem Polymergewebe. Problematisch daran: Der Kunstfaser-Schlauch setzt sich schnell wieder zu. Deshalb wollen Forschende aus Kiel nun naturnahe Gefäße auf Basis lebender Zellen im 3-D-Drucker herstellen. Kopf des Teams ist Rouven Berndt, Oberarzt für Herzgefäßchirurgie an der Universitätsklinik Schleswig-Holstein. Er erklärt in dieser Folge, wie der Fertigungsprozess funktioniert und wann die Technik in den klinischen Alltag Einzug halten könnte.