Europas 3D-Druck-Zentrum Dresden gibt der Industrieproduktion neue Impulse

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Hochkomplexe und individualisierte Produktion sowie Bauteile mit komplett neuen Formen und Funktionalitäten: Die Additiv-Generative Fertigung birgt enormes Potenzial für die Industrieproduktion

Dresden, 27. April 2016. Vom 25. bis 29. April 2016 präsentieren Unternehmer und Forscher Dresden –Europas führendes Zentrum für 3D-Druck – auf der Hannover Messe 2016 neuartige Lösungen für die Additiv-Generative Fertigung. „Dass Dresden Europas bedeutendster Standort für Mikroelektronik ist, ist weltweit bekannt. Auch als Material-Standort und im Bereich der Additiv-Generativen Fertigung ist Dresden europaweit führend“, sagt Raoul Schmidt-Lamontain, Bürgermeister und Beigeordneter für Stadtentwicklung, Bau und Verkehr der Landeshauptstadt Dresden. „Die Hannover Messe 2016 ist als weltweit bedeutendste Industriemesse die ideale Plattform für Dresdner Forscher und Unternehmer, ihre hohe Material-Expertise und neuartige 3D-Druck-Technologien vorzustellen.“

3D-Druck eröffnet der Industrieproduktion neue Möglichkeiten

An die Additiv-Generative Fertigung hat die Industrie immense Erwartungen. Durch 3D-Druck ist auf Basis dreidimensionaler Modelle ein schichtweiser Aufbau von Objekten in einem Stück möglich – und zwar durch Laser und Elektronenstrahlen. Auf diese Weise können auch komplexe Geometrien kosten-, zeit- und ressourcensparend aufgebaut werden. Laut der Studie „Additive Manufacturing – next generation“ der Unternehmensberatung Roland Berger ist der Markt für Additiv-Generative Fertigung seit 2004 jährlich um durchschnittlich 20 Prozent gewachsen. Dabei hat die 3D-Druck-Technologie in den Anwendungsbereichen Medizinprodukte, Luft- und Raumfahrt sowie Turbinenbau bereits Serienreife erreicht. Für die kommenden Jahre rechnen die Experten mit einem jährlichen Branchenwachstum von mehr als 30 Prozent. Additiv-Generative Fertigungsverfahren machen gerade in Verbindung mit globalen Trends wie Digitalisierung und der vollvernetzten Fabrik der Industrie 4.0 völlig neue Produktionskonzepte möglich, die den Weg zur vollautomatischen 3D-Produktion ebnen.

Partnern in Europas größtem Cluster für 3D-Druck wollen Grenzen des Machbaren überwinden

Mit den Dresdner Fraunhofer-Instituten für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, für Keramische Technologien und Systeme IKTS sowie für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM gehört Dresden zu den weltweit führenden 3D-Druck-Zentren. Das Fraunhofer IWS leitet zudem das europaweit größte Verbundprojekt zum 3D-Druck: Im Cluster „Additiv-Generative Fertigung – Die 3D-Revolution zur Produktherstellung im Digitalzeitalter“ (AGENT-3D) arbeiten mehr als 100 Partner aus Industrie und Wirtschaft – darunter Siemens, Rolls Royce und Airbus – auf das Ziel hin, den 3D-Druck in die industrielle Breitenanwendung zu bringen.

„In der herkömmlichen Produktion entstehen die Objekte beispielsweise durch Gießen, Spanen oder Umformen eines Halbzeugs“, so Clusterkoordinator Prof. Dr. Christoph Leyens. „Der 3D-Druck ermöglicht stattdessen eine hochkomplexe und individualisierte Produktion sowie Bauteile mit komplett neuen Formen und Funktionalitäten. In Zukunft werden wir beispielsweise in einem Stück Motor- und Zylinderköpfe für Fahrzeuge oder Gasturbinen und energieeffiziente Brennersysteme für die Energietechnik bauen können.“

Den Konsortialpartnern steht ein Gesamtbudget von 90 Millionen Euro zur Verfügung, die Hälfte davon ist eine Förderung des Bundes.

Neue Knochen aus dem 3D-Drucker

Die industriellen Anwendungsmöglichkeiten für den 3D-Druck sind vielfältig. So wird es beispielsweise in der Medizintechnik möglich, passgenaue Implantate herzustellen. Forscher am Fraunhofer IKTS, Europas größtem Keramikforschungsinstitut, haben ein besonders flexibles 3D-Druck-Fertigungsverfahren entwickelt, mit dem sich Knochenimplantate, Zahnersatz oder chirurgische Werkzeuge in nahezu beliebigem Design herstellen lassen. Bei Art und Farbe des Materials der gewünschten Bauteile gibt es dabei keine Beschränkungen: Über thermoplastischen 3D-Druck lassen sich Keramiken, Gläser, Kunststoffe oder auch Metalle verarbeiten. Die InnoTERE GmbH arbeitet an 3D-Druck-Verfahren, mit deren Hilfe sich aus Kalzium-Phosphat-Zement Knochenimplantate herstellen lassen. So entsteht beispielweise ein an die Gesichtsstruktur angepasster individualisierter Knochenersatz im Kieferbereich. Einmal implantiert, bildet der Körper auf Grundlage dieses Biomaterials nach und nach neues Knochenmaterial.

„Vor dem Hintergrund der hohen Verträglichkeit kommt es – anders als bei Implantaten aus Titan – zu keinen Abstoßungsreaktionen, was den Patienten unangenehme Komplikationen erspart. Wir erwarten, dass das Biomaterial nach Abschluss der laufenden klinischen Tests in naher Zukunft in der Praxis angewendet werden kann.“

Potenziale für den Leichtbau

Durch die nahezu grenzenlose Formfreiheit bieten additiv-generative Fertigungsverfahren außerdem ein großes Potenzial für den modernen Leichtbau. Am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden wurde eigens für die Weiterentwicklung dieser Fertigungstechnik ein Innovationslabor für Generative Fertigung eingerichtet.

„Die Additiv-Generative Fertigung mit erstmals lastpfadgerechter Faserverstärkung erschließt neue Anwendungsfelder für maßgeschneiderte Leichtbaulösungen in Multi-Material-Design“, sagt Prof. Hubert Jäger, Inhaber der Professur für Systemleichtbau und Mischbauweisen und Vorstandssprecher am ILK.

Die Ingenieure des ILK entwickeln Verfahren, um den bisherigen schichtweisen 3D-Druck durch das Einbringen von Carbonfasern stabiler zu machen und dreidimensionale Objekte mit hoher Steifigkeit zu erzeugen. Um derartige bionische Strukturen optimal zu erzeugen, müssen die Carbonfasern für den jeweiligen Belastungsfall maßgeschneidert werden. Dazu bündeln Wissenschaftler der TU Dresden ihre Kompetenzen in dem neuen Forschungszentrum „Research Center Carbon Fibers Saxony (RCCF)”.

„Wir gründen mit dem RCCF ein internationales Spitzenforschungszentrum für maßgeschneiderte Carbonfasern und schaffen ein einmaliges Hochtechnologiecluster in Sachsen, das die Vorrangstellung des Leichtbaustandortes Dresden auf lange Sicht sichert“, erklärt Jäger.

Ausblick auf die WERKSTOFFWOCHE 2017 in Dresden

„Auf der WERKSTOFFWOCHE 2017 wird die Additiv-Generative Fertigung ein Schwerpunktthema sein“, sagt Dr. Frank Fischer, Geschäftsführendes Vorstandsmitglied des Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e. V. (DGM). „Der Kongress verspricht 2017 zum Pfichttermin für alle Entdecker, Entwickler und Entscheider der Werkstoffbranche zu werden. Viele hochrangige Vertreter aus Wissenschaft und Industrie haben bereits zugesagt“, so Fischer weiter.

Bei der Premiere im September 2015 zog die vom Stahlinstitut VDEh und der DGM zum ersten Mal veranstaltete WERKSTOFFWOCHE über 1.800 Materialexperten nach Dresden. Mit über 80 Fachmesseausstellern und 450 Vorträgen entwickelte sich die Material-Tagung gleich zu Anfang zum Top-Branchentreff für Werkstofftechniker aus der Forschung und Anwendern aus der Industrie. Die WERKSTOFFWOCHE 2017 wird von der DGM vom 27. bis 29. September 2017 ausgerichtet.

„Das Messeprogramm wird weiter ausgebaut. Als Partnerland haben wir Singapur ins Boot geholt. Die Internationalisierung macht die WERKSTOFFWOCHE zu einer idealen Plattform für die deutsche Material-Industrie und -Forschung, die im weltweiten Vergleich besonders starke Technologie-Kompetenz im Bereich Material darzustellen“, so Fischer abschließend.