Gedruckte Zukunft

Nur konventionelles Denken setzt noch Limits ...

Der 3D-Druck ist ein extrem innovatives Feld, das geradezu revolutionäres Potenzial in der Produktion bietet – vor allem, wenn es um das „Additive Manufacturing“ von Spezialmetallen geht. Die Experten aus dem Bereich Heraeus Additive Manufacturing (kurz: H3D) haben sich hier längst einen Namen gemacht. Denn ihr Know-how reicht von der Herstellung spezieller Metallpulver über die Auswahl der richtigen Prozesse bis hin zum Druck von Teilen – und ist damit einzigartig.

Druck Quelle: Herbert Naujoks, Stuttgart

Plastikteile aus dem 3D-Drucker kann man mittlerweile schon zu Hause produzieren. Inzwischen lassen sich aber auch Teile aus Metall im sogenannten „Additive Manufacturing“ herstellen. Eine Technologie, die die bisherige Metallbearbeitung regelrecht auf den Kopf stellt: Im Gegensatz zu den abtragenden Fertigungsverfahren wie Fräsen und Drehen wird beim Additive Manufacturing „aufgebaut“. Das bedeutet: Metallpulver wird in übereinanderliegenden Schichten aufgetragen, ein Laser schmilzt die Partikel innerhalb der Bauteilgeometrie und verschweißt die Lagen dann miteinander.

Als Materialspezialist hat sich auch Heraeus für dieses innovative Verfahren interessiert und nach einigen Jahren der Entwicklung 2015 ein internes Start-up gegründet. „Heraeus hat uns den Rücken freigehalten, um mit einem interdisziplinären Team aus Materialwissenschaftlern und Ingenieuren unser heutiges Know-how aufzubauen“, erinnert sich Tobias Caspari, Leiter von H3D, an den Anfang. „Eine großartige Situation.“ Das Team hat diese Freiheit gut genutzt. Binnen weniger Jahre hat sich H3D bei externen wie internen Partnern einen Namen gemacht.

Aufbauen statt wegfräsen – das klingt zwar banal, ist aber ausgesprochen faszinierend. „Stellen Sie sich vor, Sie möchten eine hohle Kugel herstellen. Das gelingt mit herkömmlichen Verfahren nur, wenn man zwei Halbkugeln zusammenfügt. Drucken können wir das aber in einem Stück. Es werden ganz andere Geometrien möglich“, erklärt Tobias Caspari. Die Design-Freiheit ist einer der großen Vorteile des metallischen 3D-Drucks. „Vieles, was Ingenieure über Einschränkungen bei konventionellen Fertigungstechniken lernen, können sie beim 3D-Drucken getrost wieder über Bord werfen“, ergänzt Alexander Elsen, Head of Innovation H3D. „Wir machen druckbar, was bisher kaum denkbar war.“

3D Druck Quelle: Herbert Naujoks, Stuttgart

Das liegt nicht zuletzt auch an den innovativen Werkstoffen, wie der besonders festen Aluminiumlegierung Scalmalloy , Titan und Titanlegierungen, speziellen Edelmetallen, Refraktärmetallen oder Kupfer, das aufgrund von hoher Reflektion bislang nicht mit Lasertechnologie zu verarbeiten war: „Wir sind heute sogar in der Lage, amorphe Metalle zu drucken, die mit ihren besonderen magnetischen Eigenschaften, ihrer Elastizität, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in der Luft- und Raumfahrt, der Prothetik oder Elektronik zum Einsatz kommen. Amorphe Metalle müssen innerhalb einer Sekunde um eine Million Grad Celsius heruntergekühlt werden. Sie galten aus diesem Grund als kaum herstellbar und lange Zeit wurden daraus nur dünne Folien und Bänder hergestellt. In unserem Druckprozess lassen sich nun sogar sehr komplexe Geometrien realisieren“, freut sich Elsen über den Erfolg. Heraeus ist aktuell das einzige Unternehmen, das diese Art von Metallen drucken kann. Auch in der Industrie spricht sich herum, was bei H3D inzwischen geht: metallischer 3D-Druck in höchster Qualität mit innovativen, oft sehr leichten und gleichzeitig beständigen Materialien.

Material sparen

H3D Quelle: Herbert Naujoks, Stuttgart

„Wir liefern unseren Partnern aus der Industrie nicht nur Materialien, gestalten und optimieren Druckprozesse“, beschreibt Tobias Caspari das Geschäftsmodell. „Wir drucken auch im Auftrag und können über Nacht Prototypen herstellen, für die man bisher monatelang Werkzeuge und Formen bauen musste. Da wir beispielsweise 50 unterschiedliche Werkstücke eines Materials in einem Druckdurchgang produzieren können, sind wir zusätzlich auch schnell. Anders als bei zerspanenden Fertigungsverfahren entstehen beim Drucken außerdem kaum Materialabfälle. Das spart wertvolle Ressourcen.“ Ein wichtiger Faktor, denn die Experten sehen das größte Wachstum bei (teuren) Spezialmetallen.

Inzwischen bietet H3D nicht nur individuelle Lösungen für Kunden an. Auch Heraeus selbst nutzt das Potenzial des Bereichs, um zusätzlichen Mehrwert für den Konzern zu schaffen. Weil die Technologie noch am Anfang steht, wird im eigenen Druck-Technikum bei Heraeus in Hanau weiterhin geforscht, entwickelt und Neues ausprobiert. „Technologisch überwinden wir Grenzen. Limits existieren nur, wenn man sich nicht vom herkömmlichen Denken über Formen und Materialien löst“, ist Tobias Caspari sicher. Ein Umdenken im ganz großen Stil könnten die Möglichkeiten des 3D-Drucks auch in der Industrie auslösen. Bedarfsnahe Wertschöpfung statt globaler Logistikpfade, Druck-on- Demand statt Lagerhaltung – das klingt nach einer druckfrischen Zukunft.