3D-Druck mit großem Antrieb

Von der Raumfahrt bis zur Medizintechnik – auf dem Weg ins digitale Zeitalter wird der 3D-Druck zur Schlüsseltechnologie. Das Netzwerk AGENT-3D hat mit seinen Entwicklungen einen großen Anteil daran.

Das Deutsche Zentrum für Raum- und Luftfahrt schickte vor Kurzem ein Gewächshaus ins All. Und die neueste europäische Trägerrakete Ariane 6 wird unter deutscher Beteiligung entwickelt. Eine große Herausforderung dabei: Jedes Kilo Gewicht, das in den Weltraum geschickt wird, kostet viel Geld. Um da einen Wettbewerbsvorsprung zu erringen, wird auch am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden viel Entwicklungsarbeit geleistet.

Raketenantriebwerk (r.) und -steuertriebwerk aus der additiv-generativen Fertigung

Federleicht sind Raketenantriebwerk (r.) und -steuertriebwerk aus der additiv-generativen Fertigung. 

PRpetuum GmbH

Robin Willner, Diplom-Mechatroniker am IWS, führt durch das „Additive Manufacturing Center Dresden (AMCD)“, eine Art Zukunftswerkstatt des 3D-Drucks. Hier kommt man aus dem Staunen nicht heraus. Beinahe federleicht ist der „Aerospike“, ein Raketentriebwerk für die Startphase, ebenso das Steuertriebwerk für den Raketenflug auf der Erdumlaufbahn. Auch dem Laien wird augenscheinlich: Diese Formen und Strukturen können nur im 3D-Druck hergestellt werden.

Brackets aus dem Drucker

Der am IWS entwickelte intelligente Prozesskopf

Der am IWS entwickelte intelligente Prozesskopf kann in alle Anlagen der additiv-generativen Fertigung eingebaut werden.

PRpetuum GmbH

Robin Willner gehört zur Forschungsgruppe „3D-Generieren“ des Geschäftsfelds „Generieren und Drucken“. Hier werden additiv-generative Fertigungstechnologien entwickelt, mit denen moderne Konstruktionswerkstoffe im sogenannten 3D-Druck zu Bauteilen oder Strukturen verarbeitet werden. Die Luft- und Raumfahrt ist da ein großes Einsatzgebiet. Forschungsziele sind u. a. Kosteneinsparung und Umweltverträglichkeit durch Erhöhung der Effizienz. Fraunhofer-Forscher haben beispielsweise auf der Basis filigraner, additiv gefertigter Mikrostrukturen eine Technologie entwickelt, die die keramische Wärmedämmschicht auf Flugzeugtriebwerken langlebiger macht. So könne der Kerosinverbrauch bis zu zehn Prozent gesenkt werden, betont Robin Willner und ergänzt, dass dieses Gemeinschaftsprojekt mit dem Triebwerkhersteller Rolls-Royce 2018 mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis ausgezeichnet wurde.

Vom IWS aus agiert das Forschungskonsortium AGENT-3D – Additiv-generative Fertigung, ein Bündnis aus derzeit mehr als 120 Partnern. Nicht nur die Luft- und Raumfahrt, sondern  auch die Medizin zeigt großes Interesse an dieser Zukunftstechnologie. Robin Willner ist in eines der Projekte involviert: MikroDent läuft in der Partnerschaft mit dem Dresdener Universitätsklinikum Carl Gustav Carus und befasst sich mit der additiv-generativen Herstellung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen zur Anwendung in der Kieferorthopädie. Konkret geht es darum, den Metallbrackets aus rostfreiem Stahl eine Oberfläche zu geben, die sich in das Körpermilieu insbesondere in Zahn- und Knochenumgebungen gut verträglich einpasst, zudem antimikrobiell und ästhetisch ist. Bislang sind keine kieferorthopädischen Behandlungsmittel auf dem Markt, die diesen drei Ansprüchen gleichermaßen genügen.

Revolution in der Kieferorthopädie

In einem weiteren Projekt mit der Uni – „3D osseo-distrakt“ – geht es um die Herstellung von Patienten-individuellen Dehnungsapparaturen (Distraktoren), die zur Spreizung etwa des Unterkiefers eingelegt werden, um die Regeneration des Knochens anzuregen. Auch hier verspricht die additiv-generative Fertigung einen innovativen Vorsprung, was die Materialzusammensetzung von Schraubverbindungen und Stiften im Sinne der Biokompatibilität betrifft.

Funke, der beim Laser-Draht-Auftragsschweißen entsteht

Erzeugung dreidimensionaler Metallstrukturen durch das generative Laser-Draht-Auftragsschweißen.

Um die Technologie erfolgreich auf dem Weltmarkt zu positionieren, befasst sich AGENT-3D innerhalb des Konsortiums auch damit, mögliche Geschäftsstrategien und -modelle zu entwickeln, Wertschöpfungsnetzwerke zu knüpfen – generell den Zukunftsmarkt im Blick zu haben. Herausgekommen ist die Broschüre „Additiv-generative Fertigung im Jahr 2025 in Deutschland – Zukunftsszenarien“. Sie steht demnächst neben Broschüren zu Immaterialgüterrecht, IT-Sicherheitsrecht und Produktsicherheit in Verbindung mit additiver Fertigung unter www.agent3d.de zum Download bereit.

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