Planetengetriebe aus dem 3D-Drucker, Bild: Fraunhofer IWS Dresden

In einem Fertigungsschritt (ohne Fügen) hergestellte Planetengetriebe. Bild: Fraunhofer IWS Dresden

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung von Bauteilen direkt auf der Basis von digitalen Konstruktionsdaten durch schichtweisen Werkstoffaufbau; häufig wird dieser Prozess daher auch als 3D-Druck bezeichnet. Anders als bei konventionellen Herstellungsverfahren werden dazu keine Werkzeuge wie Gießformen oder Schmiedegesenke benötigt. Damit ist die Additive Fertigung ideal für die Herstellung von komplexen Bauteilen in kleinen und mittleren Stückzahlen geeignet.

Breite Werkstoff- und Verfahrenspalette

Oberflächenstrukturen, Bild: Fraunhofer IWS Dresden
Großflächig aufgebrachte Oberflächenstrukturen. Bild: Fraunhofer IWS Dresden

Die Dresdner Spezialisten setzen dabei auf eine breite Werkstoff- und Verfahrenspalette. "Unser Alleinstellungsmerkmal ist es, Kunden aus der Wirtschaft und Partnern aus der Forschung technisch und wirtschaftlich bestmögliche Lösungen anbieten zu können, denn wir haben alle derzeit für die industrielle Anwendung relevanten Additiven Fertigungsverfahren unter einem Dach zusammengeführt", sagt Professor. Christoph Leyens die strategische Ausrichtung des Zentrums.

"Auch in der Vielzahl der Werkstoffe, die wir verarbeiten können, sind wir führend: von metallischen Hochleistungswerkstoffen, über Kunststoffe, Keramiken und Multimaterialsysteme ist für jeden Anwendungsfall der geeignete Werkstoff dabei. Und ständig wird die Zahl der verfügbaren Werkstoffe erweitert". Der Werkstoffwissenschaftler leitet im Fraunhofer IWS die anwendungsorientierten Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zur Additiven Fertigung; gleichzeitig erforscht der Professor mit seinem Team von der Technischen Universität Dresden grundlegende werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen im Bereich 3D-Druck.

Diese Expertise nutzen Unternehmen aus dem Bundesgebiet, aus Europa und der gesamten Welt, um gemeinsam mit den Dresdner Forschern neuartige Bauteile mittels 3D-Druck zu ermöglichen. "Wir entwickeln in Dresden heute schon Produkte von Morgen", sagt Professor Eckhard Beyer, Leiter des Fraunhofer IWS und ebenfalls Professor an der TU Dresden. "Unsere Kunden erhalten bei uns alles aus einer Hand, von der Prozessentwicklung bis hin zur Qualitätsprüfung der Bauteile". Größten Zuspruch erhalten die Spezialisten derzeit aus den Gebieten Luft- und Raumfahrt, Energie- und Medizintechnik sowie Automobiltechnik und Werkzeugbau. Dresdner High-Tech hat unter anderem Eingang in die neueste Triebwerksgeneration moderner Flugzeuge gefunden, zeigt sich hochbelastbar in Raketenantrieben für die Raumfahrt und schafft wirtschaftliche Lösungen für den Kraftwerksbau.

Neben den typischen Additiven Fertigungsverfahren zur Bauteilherstellung im Pulverbett, bei denen Metallpulver mittels Laser- und Elektronenstrahl schichtweise zu einem Festkörper verschmolzen werden, setzen die Dresdner auch auf Prozesse, bei denen Pulver oder Draht lokal zugeführt und mittels Laserstrahl aufgeschmolzen werden. Somit können nicht nur komplexe Formen im Pulverbett realisiert sondern auch große Bauteile hergestellt werden. Zurzeit wird an einem Bauteil getüftelt, das mit einem Durchmesser von drei Metern mit einem Robotersystem gedruckt und gleichzeitig gefräst werden kann: absolutes Neuland, aber wenn das Experiment gelingt, bedeutet dies einen enormen Zeitgewinn im Vergleich zu dem herkömmlich gefrästen Bauteil und erhebliche Kosteneinsparungen.

Check im Computertomographen

Nicht immer arbeiten die neuen Fertigungsverfahren fehlerfrei. Damit auch kleine Risse oder Poren, die später im Bauteil zu Qualitätsproblemen führen, entdeckt werden können, stehen im Zentrum für Additive Fertigung Dresden Computertomograph sowie Röntgendurchstrahlung für zerstörungsfreie Bauteilprüfung zur Verfügung. Zusammen mit detaillierten Werkstoffuntersuchungen und -prüfungen entsteht somit ein genaues Abbild des Herstellungsprozesses und der Eigenschaften der Bauteile. Nur wenn die Qualität stimmt, können die Bauteile für den Einsatz freigegeben werden. Durch die enge Verzahnung von Prozess- und Werkstoffwissen erarbeiten die Spezialisten aus Dresden auch für schwer verarbeitbare Werkstoffe maßgeschneiderte, industrietaugliche Lösungen.