3D-Druck revolutioniert die Industrie

3D Drucker

Einspritzdüsen und Turbinenschaufeln werden künftig gedruckt – und damit deutlich leistungsfähiger.

 

D. Dürand, R. Eisert Wirtschaftswoche Düsseldorf

 

Die Ingenieure der US-Weltraumbehörde Nasa hatten viel erwartet. Aber das, konnte das möglich sein? Die Techniker hatten gerade die Antriebsstufe der neuen Trägerrakete Space Launch System (SLS) in Huntsville, Alabama, getestet. Klar, die Triebwerke sollten mehr Schub erzeugen. Doch dann lieferten sie gleich den Zehnfachen! Das überraschte selbst die erfahrensten Entwickler – und sollte reichen, um mit der SLS-Rakete in einigen Jahren Menschen zum Mars zu schicken.

 

Herstellung hochkomplexer Bauteile wird möglich

Den Leistungssprung erzielten die Techniker mit einer innovativen Produktionstechnik: dem 3-D-Druck. Fachleute nennen das Verfahren auch additive Fertigung, mit dem sie Triebwerksschaufeln oder Fahrwerkteile direkt aus den Konstruktionsdaten Schicht für Schicht aufbauen. Mit dieser Methode stellten die Nasa- Spezialisten die Einspritzdüse her, die technische Grenzen so spektakulär verschiebt.

 

Und genau in solchen Bereichen erwartet Bernhard Langefeld, Experte für 3-D-Druck bei der Beratung Roland Berger, den Durchbruch des revolutionären Verfahrens. Es geht um die Herstellung hochkomplexer und extrem leistungsfähiger Metallteile wie Einspritz- und Brennerdüsen, von denen Industriekunden nur relativ wenige Exemplare benötigen. Oder um Produktteile, wo jedes Gramm weniger Gewicht große ökonomische Vorteile bringt, sei es bei Autosoder Fliegern. Denn auch hier erobert die additive Fertigung Neuland: Sie ermöglicht filigrane Strukturen, die mit traditionellen Produktionsmethoden wie Fräsen, Drehen und Bohren nicht herzustellen sind.

 

Ungeahnte Freiheiten für die Konstrukteure

„In diesen Feldern kann die Technik ihre Vorzüge voll ausreizen“, sagt Langefeld. Schon in wenigen Jahren, sind sich die Experten einig, werden in vielen Fabriken neben klassischen Dreh- und Fräsmaschinen auch 3-D-Drucker für Spezialaufgaben stehen.

 

Warum sind 3-D-gedruckte High-Tech-Bauteile so enorm leistungsfähig? Die Antwort: weil sie traditionelle Produktionsverfahren einfach umkehren. Bisher fräsen, hobeln und bohren die Techniker so lange Material von Stahlrohlingen weg, bis das Endprodukt übrig bleibt. Im Extremfall gehen dabei 98 Prozent des Materials verloren, so die Experten des LZN Laser Zentrums Nord in Hamburg. Beim 3-D-Druck passiert das Gegenteil: Kunststoffe, Keramiken und Metalle wachsen in einem Lasergewitter zu einem Werkstück heran – praktisch ohne Abfall.

 

Wichtiger noch: Die Konstrukteure haben viel mehr Freiheit. Sie können den Bauteilen so gut wie jede beliebige Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit verpassen; zudem können sie die Eigenschaften des verwendeten Materials für jede Anwendung maßschneidern. So treiben sie die Raketendüsen der Nasa zu Höchstleistungen. Vorbild für die Designer ist oft die Natur, etwa Knochen: Die besitzen im Inneren nur dort Querverstrebungen, wo sie belastet werden – nur an diesen Stellen sind sie nötig. Ein äußerst sparsames und zugleich höchsteffektives Konzept.

 

Von ihm profitiert ganz besonders die Luft- und Raumfahrtindustrie. „Additive Fertigung ist inzwischen bei allen großen Triebwerksbauern ein strategisches Thema“, sagt Oliver Edelmann, Mitgesellschafter von Concept Laser. Die Schmelzöfen der Franken stehen bei allen Großen der Branche, bei General Electric (GE), Honeywell, Pratt & Whitney oder Snecma. Auch die Nasa sowie das private Raumfahrtunternehmen SpaceX des Tesla- Gründers Elon Musk fertigen mit ihnen Triebwerkskomponenten für ihre Raketen.

 

Am weitesten unter den Triebwerksherstellern ist General Electric (GE). Der USKonzern hat angekündigt, in seine neuen Leap-Düsenantriebe, die künftig unter anderem im Airbus A320 Dienst tun sollen, serienmäßig 19 per 3-D-Druck gefertigte Brennerdüsen einzubauen. Eine Weltpremiere – und ein Beweis für die hohe Zuverlässigkeit der Technik. In keiner anderen Branche müssen Bauteile ähnlich extreme Belastungstests vor ihrer Zulassung bestehen.

 

 

GE-Manager schwärmen geradezu von 3-D-Anlagen

Die GE-Manager schwärmen geradezu von den Vorteilen der 3-D-Anlagen. Früher mussten sie die Düsen aus 20 Einzelteilen zusammenbauen – jetzt entstehen sie in einem einzigen Arbeitsschritt. Sie sind zudem leichter, stabiler und widerstehen extremen Temperaturen von mehr als 1300 Grad Celsius. Und noch ein Plus hebt Greg Morris hervor, Experte für additive Fertigung bei GE: „ Jeder Drucker ersetzt bis zu 70 herkömmliche Werkzeugmaschinen.“

 

Auch der Flugzeugbauer Airbus will in Kürze den 3-D-Druck in die Produktion einführen. Prototypen baut der Konzern schon länger mit dem Verfahren. „Ab Anfang 2016 sollten wir erste serienmäßig per 3-D-Druck gefertigte Titan-Träger und – Winkel in kommerzielle Flugzeuge einbauen können“, heißt es bei Airbus.

 

Schnelligkeit, Materialeinsparung, mehr Leistung – all diese Vorzüge der 3-D-Technik möchten sich auch die Verantwortlichen des Siemens- Werks in Berlin-Moabit zunutze machen, in dem der Münchner Konzern Gasturbinen für Kraftwerke montiert, darunter das mit 375 Megawatt weltweit kraftvollste Exemplar. Mit Brennerköpfen und Zerstäuberdüsen legen die Siemens-Entwickler los. In spätestens zehn Jahren wollen sie aber sogar komplette Turbinenschaufeln drucken. Schon sieht Nicolas Vortmeyer, Technologiechef der Siemens-Sparte Fossile Energieerzeugung, eine neue Ära heraufziehen: „Höhere Leistung zu niedrigeren Kosten“, schwärmt er.

 

3-D-Drucker werden auch das Servicegeschäft revolutionieren. Die Vision: Reparaturkolonnen drucken direkt beim Kunden das defekte Teil nach. Teure Industrieanlagen stünden dann nicht mehr ewig still, bis ein Ersatzteil besorgt ist.

 

Handelsblatt 08.04.2014

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