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StartseiteForschung aktuellEin Tank wie gedruckt31.01.2014

3D-DruckenEin Tank wie gedruckt

Technik. - 3D-Druck ist eine Technologie mit Zukunftspotential. Derzeit gibt es 3D-Drucker für rund 600 Euro, will man aber Qualität drucken, und das in Metallen oder hochwertigen Kunststoffen, braucht man andere Drucktechniken und Drucker, die 1000 Mal teurer sind. Besonders spannend sind zukunftsweisende Anwendungen, die mit den herkömmlichen Fertigungstechniken gar nicht möglich gewesen wären.

Von Bernd Schuh

Hinweis

Zum Thema 3D-Drucken sendet der Deutschlandfunk am Sonntag, 02.02., 16:30 Uhr, in der Sendung "Wissenschaft im Brennpunkt" das Feature Revolution aus dem Replikator

Ein außen glattes, kaltes Stück Metall, es ist etwa so lang wie ein Finger und dick wie zwei; allerdings in der Mitte etwas eingedrückt. An den Enden ist es offen, und man könnte hindurch schauen, wäre da nicht das komplexe Innenleben: ein filigranes dreidimensionales Netz, wie Bienenwaben, nur viel viel kleiner und unregelmäßiger. Das unscheinbare Bauteil könnte einmal Bestandteil einer Mobilitätsrevolution werden – es ist ein chemischer Reaktor; ein Katalysator, der dem Treibstoff der Zukunft Wasserstoff entzieht. 

"Da ist die Idee, man fährt nicht mehr mit Benzin Auto, sondern mit einem organischen Wasserstoffträger, der mit Wasserstoff beladen ist, der von der Konsistenz her ähnlich wie Diesel ist, den können Sie tanken an der Tankstelle, ist auch nicht gefährlich, und im Auto wird der Wasserstoff freigesetzt und dann ein Motor betrieben."

Ausprobiert haben Kollegen von Carolin Körner in Erlangen den Wasserstoffkatalysator mit einer ionischen Flüssigkeit namens N-Carbozol.

Körner: "Das sind größere Moleküle, organische Moleküle, die sehr viel Wasserstoff aufnehmen und speichern können."

Ein echtes Auto ist damit noch nicht gefahren, aber dass das Prinzip funktioniert, hat man schon mit Katalysatoren nachgewiesen, die nicht aus dem 3D-Drucker kamen. Der bietet nun die Möglichkeit, das Innenleben des Minireaktors gezielt zu designen, die Reaktionsfläche damit zu vergrößern und also letztlich wirtschaftlicher Wasserstoff zu gewinnen.

"Um einen Kleinwagen zu betreiben braucht man mehrere davon, ich weiß nicht genau wie viel davon, aber man ist nicht meilenweit weg von dem, was gehen kann",

versichert die Direktorin am Lehrstuhl für Werkstoffkunde. Das löchrige Bauteil illustriert einen der großen Vorteile des 3D-Drucks, oder der additiven Fertigung, wie die Fachleute lieber sagen. Denn trotz des komplizierten Innenlebens ist die maßgeschneiderte Wabenstruktur samt massiver Umhüllung in einem Stück aus einer 3D-Druckmaschine gekommen. Keine herkömmliche Fertigungstechnik hätte das geschafft. 

"Also die additive Fertigung ist vor allem dann interessant, wenn Sie relativ kleine, komplexe Bauteile haben, die Sie anders sehr, sehr schlecht herstellen können."

In Erlangen fertigt man die Bauteile in einer schrankgroßen Maschine. Fast so elegant wie der Replikator in Star Trek, nur etwas lauter.

"Wir haben hier die EBM-Anlage von Arcam, die Arcam S12. Die ist aufgebaut aus zwei größeren Einheiten, in der linken Einheit ist alles drin, was mit Steuerung zu tun hat."

Vera Juechter, Doktorandin am Lehrstuhl erklärt wie es geht.

"Und der rechte Schrank ist die Anlage an sich, da ist die Elektronenkanone, der Bauraum, also alles wo der eigentliche Bau stattfindet."

Ausgangspunkt ist ein im Rechner erstelltes Modell. Eine Software in der linken Schrankhälfte schneidet dieses Modell in virtuelle Scheiben. Diese werden dann rechts in eine Metallpulverschicht "geschrieben". Der "Stift" ist dabei ein Elektronenstrahl, der die Metallpartikel verschmilzt. 

Juechter: "Und so wiederholt sich der Prozess. Es wird wieder vorgeheizt, wieder geschmolzen, abgesenkt, neue Schicht aufgerakelt."

Mit dem Elektronenschmelzverfahren kann man präziser und schneller drucken als mit anderen Methoden der additiven Fertigung, die heute bereits industriell verbreitet sind. Alle Verfahren werden intensiv weiter entwickelt. Man hofft, dass in Zukunft auch größere Bauteile in Serie aus dem Drucker kommen, am Ende vielleicht komplette Konsumgüter: Triebwerke, Autos, Häuser.

 

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