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3D-Druck: Schicht für Schicht mal etwas anders

Kompliziertes „einfach“ drucken: Forscher der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe der TU Chemnitz wollen komplexe Bauteile besonders preisgünstig herstellen

Fabian Lorenz (l.) und Johannes Rudolph beim Einrichten des neuen Multi-Materialdruckers in Leichtbauweise, der bis zu drei Werkstoffe parallel verarbeitet und höhere Druckgeschwindigkeiten erreicht.

Gedruckte Testkörper aus Eisen und Keramik mit Kavitäten, wie sie zum Beispiel für Wärmetauscher benötigt werden. Neben Gitterstrukturen sind auch massive Füllungen herstellbar. Fotos: TU Chemnitz/Uwe Meinhold

Johannes Rudolph und Fabian Lorenz blicken im Labor der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe der Technischen Universität Chemnitz voller Stolz auf einen unscheinbaren Eisenring. Das fünf Zentimeter große Teil, das in einem Elektromotor als Magnetkreis fungieren soll, wurde in einem von ihnen entwickelten 3D-Druckverfahren gefertigt. „Unser 3D-Drucker besteht zu einem großen Teil auf Standardbauteilen - wir haben das Fahrrad also nicht völlig neu erfunden, sondern bereits bekannte additive Technologien kombiniert und modifiziert“, erläutert Rudolph. Gedruckt werde mit einer speziell hergestellten neuartigen Paste, die aus feinem Metall- oder Keramikpulver und Bindemitteln besteht. „Durch den Einsatz verschiedener Druckköpfe lässt sich das Gerät zudem schnell für unterschiedliche Druckjobs umrüsten“, ergänzt Lorenz. Die Vorteile des 3D-Druckverfahrens liegen aus Sicht der Forscher vor allem darin, dass es preisgünstig und sehr flexibel ist.

Die Motivation der Chemnitzer Wissenschaftler speist sich aus einem aktuellen Wirtschaftstrend: In Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt oder dem Bau von Sondermaschinen und Prototypen werden oft komplexe Bauteile in geringen Stückzahlen benötigt. Gleichzeitig sollen die dabei eingesetzten Werkstoffe sowie die Baugruppen besonderen Anforderungen genügen. Das betrifft zum Beispiel die Hitzebeständigkeit oder die hohe Festigkeit bei geringem Gewicht. „Konventionelle Fertigungsverfahren stoßen hier an wirtschaftliche und zunehmend auch an technische Grenzen“, sagt Prof. Dr. Ralf Werner, Inhaber der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe. Weltweit werde deshalb unter anderem am 3D-Druck geforscht, bei dem Metallpulver, Kunststoffe oder Keramiken Schicht für Schicht verschmelzen.

„Die Elektrotechniker der TU Chemnitz sind hier ganz vorn mit dabei“, versichert Werner. So entwickelten sie in den vergangenen drei Jahren im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt "PriMa3D" bereits den dreidimensionalen Siebdruck für die Herstellung von Elektroantrieben weiter. In dem Gemeinschaftsvorhaben mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden und Industriepartnern gelang der Nachweis, dass der dreidimensionale Siebdruck eine wirtschaftliche Alternative ist, um Komponenten für elektrische Antriebsmotoren mit verbesserter Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad herzustellen. Zu den Ideengebern beim mittlerweile beendeten Projekt "PriMa3D" gehörte Johannes Rudolph. Ihn und Fabian Lorenz ließ die Faszination 3D-Druck und die damit verbundene Möglichkeit, Bauteile mit ganz neuen Eigenschaften zu kreieren, nicht mehr los und bestimmt weiterhin ihren Forschungsalltag.

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