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3D-Metall-Drucker kommt bei Nutzfahrzeugtechnik an der TU Kaiserslautern zum Einsatz

Die Forscher fertigen mit einem ProX DMP 320 Metalldrucker komplexe Bauteile in einem Stück. Der Drucker wird ihnen in Kooperation vom Technikkonzern 3D Systems zur Verfügung gestellt. Foto: TU Kaiserslautern

Das KIMA-Team (v.l.n.r. Maximilian Ley, Nils Buschhorn, Dr. Nicole Stephan, Karsten Hilbert) gemeinsam mit Marcel Spiegler (rechts) von 3D Systems.

Ob Miniaturfiguren aus Plastik, Prothesen aus faserverstärktem Kunststoff oder Bauteile für Autos – 3D-Drucker spielen in der Industrie eine immer größere Rolle. In der Forschung kommt die Technik schon lange zum Einsatz. Auch an der Technischen Universität (TU) Kaiserslautern ist dies der Fall, zum Beispiel am Lehrgebiet für Konstruktion im Maschinen- und Apparatebau (KIMA). Die Ingenieure setzen auf die Technik, um damit unter anderem Komponenten aus Metall für die Nutzfahrzeugindustrie herzustellen. Hierbei arbeiten sie eng mit dem Technikunternehmen 3D Systems aus Darmstadt zusammen, das ihnen den 3D-Metall-Drucker in Kooperation zur Verfügung stellt.

Bei einem 3D-Drucker wird das gewünschte Objekt Schicht für Schicht aus unterschiedlichen Materialen, etwa Kunststoff oder Metall, hergestellt. Die einzelnen Schichten sind sehr dünn, etwa 20 Mikrometer. Als Basis dient bei Metalldruckern zum Beispiel ein sehr feines Pulver, das aufgeschmolzen wird. Mit der Zeit „wächst“ auf diese Weise das Produkt. Dabei liefert eine Entwurfssoftware dem Drucker die genauen Angaben zum Bauteil.

Die Kaiserslauterer Ingenieure am KIMA nutzen den 3D-Drucker, um metallische Bauteile zu erzeugen. Ziele ist es unter anderem, damit konventionell hergestellte Komponenten für den Nutzfahrzeugbau zu ersetzen, etwa Fahrwerksteile, und die Methode weiterzuentwickeln. Bei herkömmlichen Verfahren kommen etwa Gießen, Fräsen und Schweißen zum Einsatz. Der Drucker ermöglicht es hingegen, Teile anzufertigen, die eine große Komplexität wie zum Beispiel filigrane Gitterstrukturen aufweisen. „Mit der Technik lassen sich schnell Ersatzteile herstellen. Zum anderen können wir bei der Konstruktion von Bauteilen einfacher Verbesserungen berücksichtigen, etwa um Gewicht zu reduzieren oder lastgerechtere Strukturen herzustellen“, sagt Dr. Nicole Stephan, die das Lehrgebiet operativ leitet und auch am Zentrum für Nutzfahrzeugtechnologie (ZNT) forscht. Die Forscher am KIMA setzen dabei oftmals auch auf das Vorbild aus der Natur und versuchen, wenn es möglich ist, bionisches Design bei der Konstruktion einfließen zu lassen.

Das Gerät der Baureihe ProX DMP 320 wird den Forschern in Kooperation vom Technikunternehmen 3D Systems zur Verfügung gestellt. Die Firma zählt zu den Pionieren des 3D-Drucks. Der Drucker ist für die Serienproduktion ausgelegt und kommt in der Industrie oftmals zum Einsatz. In der firmeneigenen Teilefertigungsniederlassung produziert das Technikunternehmen über eine Million Bauteile pro Jahr.

„Der Drucker besitzt einen Bauraum von 27,5 Zentimeter mal 27,5 Zentimeter mal 42 Zentimeter. Damit können wir Komponenten, auch für Nutzfahrzeuge, in einem Stück anfertigen, anstatt sie aus mehreren Einzelteilen zusammenzusetzen“, sagt Stephan weiter. „Für uns ist das Verfahren interessant, weil wir damit tragende, strukturoptimierte Funktionsteile realisieren können.“ Die Forscher arbeiten hierbei eng mit dem Unternehmen 3D Systems zusammen, das das Gerät zur Verfügung stellt.

Die Technik kann in vielen Bereichen zum Einsatz kommen, nicht nur bei Bauteilen für die Nutzfahrzeugindustrie, sondern beispielsweise auch beim Maschinenbau oder der Medizintechnik.

Fragen beantwortet:
Dr.-Ing. Nicole Stephan
Lehrgebiet für Konstruktion im Maschinen- und Apparatebau/ Zentrum für Nutzfahrzeugtechnologie
Tel.: 0631 205-3041
E-Mail: stephan[at]mv.uni-kl.de