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3D-Druck - Und welche Chancen haben Sie?

Geradezu atemlos – wohin man schaut, taucht seit Monaten das Thema 3D-Druck auf. Sonderausstellungen auf Messen, neue Geräte, Vorschläge für neue Anwendungen, Erfahrungsberichte. Man hat fast das Gefühl, das meiste schon verpasst zu haben. Was 3D-Druck leisten kann und wo die Perspektiven neuartiger Werkstoffe liegen, zeigen und erläutern Experten auf der Medtec Europe am Stand von medizin&technik.

Auf der MEDTEC Europe können Sie sich auf den neuesten Stand bringen und die Chancen ausloten, die das Verfahren für Ihre Projekte bietet: Denn am Stand von medizin&technik sind Fachleute anwesend, die genau zu diesem Thema im Projekt BioFabNet zusammenarbeiten. Sie wollen die bisherigen Möglichkeiten des 3D-Drucks erweitern, indem sie praxisgerechte Werkstoffe entwickeln und Interessenten zum Test zur Verfügung stellen – und Mitstreiter, die sich an den Tests beteiligen, sind immer noch willkommen. Von der Technik fasziniert zu sein, schadet dabei keineswegs. Wer wollte nicht sehen, was damit alles geht?

Unterwasserantrieb gefertigt durch einen 3D-Drucker: das Oktopus-Projekt

„Wie Knochen, Knorpel und Sehne in einem Teil": Die vier elastischen Kunststoffbälle des Oktopus-Antriebs entstammen einem 3D-Drucker © Fraunhofer IPA

„Alles" darf man in diesem Fall durchaus wörtlich nehmen: Selbst ein Unterwasserantrieb, der sich wie ein erschreckter Oktopus mit Wasserdruck aus der Gefahrenzone schnellt, lässt sich mit einem 3D-Drucker fertigen. Auch wenn das Ganze noch nicht über das Experimentierstadium hinaus ist, sei „das Beispiel für die Medizintechnik hoch interessant", betont Dr. Ralf Kindervater, Geschäftsführer der BIOPRO Baden-Württemberg GmbH und einer der Partner im Projekt BioFabNet. „Da haben wir quasi Knochen, Knorpel und Sehne, also mehr oder weniger feste und elastische Bereiche, die in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden."

Andreas Fischer, Ingenieur am Stuttgarter Fraunhofer IPA, das sich ebenfalls am BioFabNet beteilig, hat das Oktopus-Projekt bearbeitet. „Wir stellen generativ die elastischen Kunststoffbälle mit mechanischem Innenleben her, die Wasser pumpen und so für Vortrieb sorgen", sagt er. Jeder Kunststoffball hat eine Öffnung, über die Wasser angesaugt wird; ein Ventil verhindert den Rückfluss. Ein Hydraulikkolben zieht eine Seilstruktur wie einen Muskel zusammen und presst das Wasser aus dem rund 20 x 6 cm großen Ball heraus. Den Hydraulikkolben bewegt eine Motorpumpe. So ein Unterwasseraktor eigne sich, um Boote zu manövrieren, oder als Schwimmhilfe für Wassersportgeräte, führt Fischer weiter aus.

Das Fused-Deposition-Modeling-Verfahren

3D-Druck live: Lassen Sie sich am Messestand von der Technik faszinieren, von der manche Experten behaupten, dass sie „die Fertigung revolutionieren" könne. © BIOPRO

Das, sagt Kindervater, sei aber nur ein Beispiel für die Möglichkeiten des 3D-Drucks, der aus dem Rapid Prototyping vielen ein Begriff sei. Selbst gestandene Kunststoffverarbeiter könne man seiner Erfahrung nach noch überraschen. „Hohlräume und beliebige Strukturen wie Waben oder ein Spinnennetz mitten im Bauteil, die sich mit etablierten Verfahren wie dem Spritzguss gar nicht herstellen lassen, bringen sogar Profis ins Nachdenken über generative Fertigung."

Unter diesem Begriff werden mehrere Verfahren zusammengefasst. Der Unterwasserantrieb wurde im Schmelzschichtverfahren hergestellt – einem der gängigen Prozesse neben der Photolithographie und dem Selektiven Lasersintern. „Für viele Unternehmen aus der Industrie bietet gerade das Schmelzschichtverfahren, auch Fused- Deposition-Modeling-Verfahren oder kurz FDM genannt, viel Potenzial", sagt Kindervater. Damit seien zwar nicht die höchsten Auflösungen zu erreichen, wie sie für Teile in der Formel 1 erwartet würden. Aber die Investitionskosten für die Drucker hielten sich im Rahmen und machten einen Einstieg interessant. Allerdings gibt es eine Grenze: Für die Umsetzung kreativer Ideen stehen nur eine Handvoll Werkstoffe zur Verfügung.

„Das wollen wir ändern", kündigt der BIOPRO-Geschäftsführer an. Mit Werkstoff-Wissenschaftlern vom Stuttgarter Institut für Kunststofftechnik IKT und dem Verfahrens-Know-how vom Fraunhofer IPA werden bei BioFabNet neue Materialien entwickelt und von Anwendern getestet. Vier neue Werkstoffe sollen in den kommenden Monaten in die Erprobung gehen, und die Ergebnisse werden fortlaufend veröffentlicht. BIOPRO organisiert die Tests, an denen sich sowohl private als auch berufliche Anwender beteiligen können. „Ein Werkstoff soll sich ja nicht nur unter den Händen von Experten bewähren, sondern auch bei Einsteigern gute Ergebnisse hervorbringen", erläutert Kindervater.

Das BioFabNet soll biobasierte Werkstoffe einsatzfähig machen

BreakThru ist ein Konzept einer neuen Generation, eines leichten, atmungsaktiven und wasserbeständigen Gipses. Durch seine offene Struktur kann Luft zirkulieren, unangenehmes Schwitzen und Juckreiz werden somit reduziert. © Fraunhofer IPA

Neuland wollen die Projektpartner allerdings nicht nur im Hinblick auf das Verfahren betreten. Sie haben sich vorgenommen, ausgerechnet biobasierte Werkstoffe einsatzfähig zu machen. Dafür gibt es laut Kindervater zwei Gründe: „Erstens werden wir solche Werkstoffe brauchen, wenn das Erdöl knapp wird. Aber wir werden uns, weil Produkte immer individueller sein müssen, ohnehin von den Verfahren zur Massenfertigung verabschieden müssen sowie von einheitlichen Werkstoffen, die in großen Mengen eingesetzt werden."

Spezialwerkstoffen gehört seiner Meinung nach die Zukunft. Sie würden in so geringen Mengen gebraucht, dass das Segment für etablierte Werkstoffhersteller oft gar nicht interessant sei. Hersteller von biobasierten Kunststoffen hingegen könnten die Nische in geradezu idealer Weise besetzen. „ Wenn wir das weiterdenken, kommen wir dahin, dass ein Medizinproduktehersteller seinen eigenen biobasierten Werkstoff mit entwickelt, anpasst, zertifiziert und sogar in kleinen Anlagen aus Vorprodukten selbst herstellt. Das mag ungewöhnlich klingen, aber in der Metallverarbeitung sind Speziallegierungen längst keine Exoten mehr." So weit gesteckt sind die Ziele im aktuellen Projekt BioFabNet allerdings nicht: Die anvisierten neuen Werkstoffe können von Biokunststoff-Herstellern nach Projektende geliefert werden.

Dass auch das Verfahren auf den industriellen Einsatz vorbereitet wird, lässt sich wiederum am Beispiel „Oktopus" zeigen. Das im Schmelzkopf verflüssigte Polyurethan wird schichtweise aufgetragen, bis der extrem belastbare Ballon entsteht. Sogar 2m große Bauteile lassen sich drucken, wenn ein spezieller Industrieroboter mit drei Schmelzköpfen eingesetzt wird. Integrierte Endlosfasern ermöglichen die Herstellung carbonfaserverstärkter Bauteile (CFK), und mehrere Roboter am gleichen Bauteil verkürzen die Produktionszeit.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/pm/3d-druck-und-welche-chancen-haben-sie