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Geschwindigkeit ist keine Hexerei!

3D-Druck ist in aller Munde und mittlerweile alles andere als Zukunftsmusik - aber auch weitaus mehr als nur Spielerei von Technik-Freaks und Bastlern. Denn erst der 3D-Druck sorgt dafür, dass Innovationen nicht nur entwickelt und geplant, sondern auch so schnell wie möglich auf die Straße gebracht werden. Dabei ist es nicht nur möglich, Produkte herzustellen, von denen man bisher nicht einmal zu träumen wagte, sondern die Produktion geht auch deutlich schneller und günstiger als bei herkömmlichen Verfahren.

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Haben Sie in letzter Zeit einmal Gemüse mit einem nagelneuen Messer geschnitten? Wenn die Klinge nicht wie Stahl aussieht, ist sie wahrscheinlich auch nicht aus Stahl, sondern aus Keramik. Gerade Chirurgen, die beruflich viel mit Klingen zu tun haben, schwören in der heimischen Küche auf diese neuartigen Messer. Messerklingen aus Keramik haben im Gebrauch bewiesen, dass sie im Vergleich zu Metallklingen länger scharf bleiben.

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Wir leben in einer Zeit der technologischen Wunder. Zwar gibt es noch keine fliegenden Autos und auch der Weltraum ist von uns noch nicht besiedelt. Dafür sind einige der erstaunlichsten Entwicklungen praktisch unsichtbar. Die sogenannten fortschrittlichen Werkstoffe sind die geheimen Zutaten, die viele bahnbrechende Technologien erst möglich machen. Das Keramikmesser ist nur eines von vielen Beispielen, das zeigt, dass moderne Werkstoffe ihre Aufgabe oft um einiges besser erfüllen als herkömmliche Materialien. Und nicht nur das: Fortschrittliche Werkstoffe kombinieren oft Eigenschaften, die man früher als gegensätzlich oder sogar als „unmöglich“ bezeichnet hätte. So ist ein modernes Smartphone  mit Glas ausgestattet, das nahezu unzerbrechlich ist. Das Glas ist aber gleichzeitig empfindlich genug, um die Berührung eines Fingers zu registrieren. Legierungen können gleichzeitig robust und flexibel sein. Auch leicht und stabil ist kein Widerspruch mehr: Fahrzeuge und Flugzeuge sind mit Metallen ausgestattet, die leichter und gleichzeitig stärker sind als konventioneller Stahl und die dadurch für mehr Flexibilität und Sicherheit sorgen.

Der 3D-Druck, auch additive Fertigung oder im Fachjargon Additive Manufacturing genannt, ist dabei einer der vielversprechendsten Forschungsbereiche für die Entwicklung von fortschrittlichen Werkstoffen. In diesem Prozess wird Material schichtweise aufeinander aufgebaut, bis man am Ende das gewünschte Teil in den Händen hält; vergleichbar mit einem Legobausatz, mit dem ein Kind aus verschiedenen Legosteinen ein Auto, ein Flugzeug oder ein Haus baut.

Geschwindigkeit ist dabei ein elementarer Bestandteil der neuen, digitalen Welt. Die Zukunft gehört den Schnellen, ist ein oft wiederholtes Mantra im Silicon Valley. Für den modernen Nutzer gilt der berühmte Refrain der Rockgruppe Queen: „I want it all. And I want it now!“ Wir können sofort einen von Millionen Songs bei Spotify anhören, ein Video bei Netflix anschauen oder auch, via Amazon, innerhalb von einer Stunde Lebensmittel bestellen.

Der 3D-Druck bringt nun diese Geschwindigkeit in die Produktfertigung. Innerhalb weniger  Tage Produktionszeit und 90 Prozent weniger Kosten. „Mit Hilfe von additiven Technologien sind Unternehmen in der Lage, in kürzester Zeit ein Konzept in ein Fertigteil umzusetzen, und das zu einem Bruchteil der Kosten, die bei herkömmlichen Prozessen wie Schmieden oder Giessen entstünden“, so die Meinung von Jeff Schultz, Leiter des Servicebereichs Additive Fertigung bei Oerlikon Metco.

Selbstverständich sind herkömmliche Methoden heute noch immer der Standard in der Serienfertigung. Aber bei kurzen Fristen, kundenspezifischen Arbeiten und gerade bei der Erstellung von Prototypen, ist der 3D-Druck, der klare Gewinner. Und genau wie die neuen Legierungen frühere Widersprüche in sich vereinen wie „stabil und flexibel“, bringt der 3D-Druck die scheinbaren Gegensätze „schnell und kostengünstig“ unter einen Hut.

So kann bei komplexen Gussteilen die Vorbereitungszeit bei herkömmlichen Fertigungsverfahen nach Aussage von Oerlikon Experte Jeff Schultz bis zu 18 Monaten dauern. Dabei müssen Fertigungsstrassen und Werkzeuge für komplexe Komponenten gebaut werden. Schliesslich wird alles zum endgültigen Objekt zusammengefügt. Dabei geht viel Material verloren.

Bei der additiven Fertigung hingegen kann das endgültige Objekt in einem einzigen Prozess innerhalb von Stunden oder gar Minuten aufgebaut werden. Und das Ganze effizient und ressourcenschonend, denn den klassischen Abfall gibt es beim 3D-Druck so gut wie gar nicht.

Gleichzeitig müssen Kunden  in der 3D-Druck-Produktion weniger Kompromisse bei der Protoyp-Erstellung eingehen. So ist einer der Vorteile der additiven Fertigung eine deutlich höhere Flexibilität, wie die so genannten Superlegierungen bieten. Diese Metalle, die ihre Festigkeit selbst bei hohen Temperaturen behalten, erleben einen Boom in Bereichen wie dem Motorsport, der Luftfahrtindustrie oder der Energieerzeugung in mit Erdgas betriebenen Kraftwerken. Überall dort, wo Teile extremen Temperaturen ausgesetzt sind.

Mit althergebrachten Legierungen geben wir uns bei Oerlikon nicht zufrieden. Der nächste Schritt für unsere Forscher ist es, neue, fortschrittliche Materialien zu entwickeln, die nicht nur besser sind als die herkömmlichen Stoffe, sondern die auch die additive Fertigung selbst weiter revolutionieren. „Heutzutage werden immer noch die Legierungen verwendet, die bereits seit Jahrzehnten benutzt werden“, sagt Schultz. „Zukünftig werden wir neue Legierungen extra für die additive Fertigung entwickeln, die Fähigkeiten besitzen, von denen wir heute noch nicht einmal träumen können.“

Die neue Welt der additiven Fertigung und der intelligenten Legierungen wird damit noch mehr scheinbare Widersprüche auflösen: Schnell und kostengünstig, stabil und flexibel, hart und biegsam, PS-stark und umweltfreundlich.

Das Keramikmesser, das leichter, stabiler und schärfer ist als jenes aus Metall, ist mittlerweile aus den Küchen vieler Haushalte nicht mehr wegzudenken. Und wir bei Oerlikon können es kaum erwarten, ihnen die Durchbrüche aus unseren Laboren zu präsentieren. Denn nicht nur beim Keramikmesser gilt: Wir bleiben at the cutting edge of innovations.

Von Erik Sherman und Veit Etzold

Oerlikon Metco ist ein führender Anbieter von metallbasierten Pulvern für additive Fertigungsverfahren. Das Unternehmen verfügt über 80 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von kundenspezifischen Werkstoffen und optimierten Legierungen.

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