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Führende Professoren beleuchten Additive Fertigung

Rund 100 Teilnehmer informierten sich beim 3.WAK-Symposium aus erster Hand über neueste Forschungsergebnisse bei der Additiven Fertigung. Foto: K-ZEITUNG/Kögel

Beim 3. WAK-Symposium in Bayreuth stellten zwölf Professoren der Kunststofftechnik  neueste Erkenntnisse zur Additiven Fertigung vor.

Zum dritten Mal veranstaltete der Wissenschaftliche Arbeitskreis der Universitätsprofessoren der Kunststofftechnik – WAK – sein WAK-Symposium.

Der WAK, dem aktuell 31 Professoren im Rahmen einer persönlichen Mitgliedschaft angehören, sieht sich nach Worten von Prof. Dr.-Ing. Michael Gehde, Sprecher des Vorstandes des WAK, als Interessensvertretung der ingenieurtechnischen Kunststofftechnik, der die gesamte Kette vom Werkstoff bis zum Ende der Lebensdauer betrachtet. Eines der erklärten Ziele des WAK ist dabei der Wissenstransfer, also die Umsetzung der Dinge, die von Wissenschaftlern erforscht werden, in die industrielle Praxis.

Nur Professoren „in der Bütt“

Eine einzigartige Besonderheit des Symposiums: Die Vorträge werden ausschließlich von den WAK-Professoren persönlich gehalten. Oder wie es Prof. Gehde formulierte: „Bei uns stehen die Chefs in der Bütt.“ Wie Gehde betonte, soll dies aber keine Abwertung der Arbeiten der vielen Wissenschaftler sein, die hinter den Projekten stecken, sondern allein dem Zweck dienen, dass sich die Verantwortlichen persönlich der Industrie stellen, aktuelle Ergebnisse vorstellen und Fragen beantworten.

Das AM-Center der Neue Materialien Bayreuth. Hier steht neben einem Freeformer von Arburg auch eine der ersten in Deutschland installierten HP Multi Jet Fusion Anlagen. Foto: K-ZEITUNG/Kögel

Im Zentrum des 3. WAK-Symposiums, das bei der Neue Materialien Bayreuth GmbH – NMB – stattfand, stand dieses Mal die Additive Fertigung. Das im März 2000 gegründete NMB bildete dabei den perfekten Rahmen. Denn in dem 6.700 m² großen Gebäude betreibt die NMB neben vielen anderen Aktivitäten auch ein gut ausgestattetes AM-Center mit diversen Systemen zur Additiven Fertigung. Darunter finden sich ein Freeformer von Arburg, eines der ersten in Deutschland installierten HP Multi Jet Fusion Systeme zum hochproduktiven 3D-Druck und eine speziell umgebaute Anlage, die den Bayreuther Wissenschaftlern alle Freiheiten bei der Programmierung lässt und sich so perfekt zur Erforschung neuer Materialien eignet.

Mit dem Freeformer von Arburg erreichten Prof. Altstädt und sein Team mit Additiver Fertigung Biegefestigkeiten, die nur 9 % unter denen von Spritzgießteilen lagen. Foto: K-ZEITUNG/Kögel

Schon bei der Keynote von Prof. Dr.-Ing. Ernst Schmachtenberg, einer der bekanntesten Professoren auf dem Gebiet der Kunststofftechnik, der zuletzt Rektor der RWTH Aachen war, wurde klar, dass sich die Veranstaltung deutlich von gängigen 3D-Druck-Tagungen abheben wird. Denn in Vertretung von Prof. Dr.-Ing. Dietmar Drummer vom Lehrstuhl für Kunststofftechnik der Universität Erlangen-Nürnberg tauchte Prof. Schmachtenberg in seinem Vortrag „Neue Werkstoff- und Prozessstrategien im Strahlschmelzen von Kunststoffen“ tief in die Welt der Kristallisation und die dabei auftretenden, sehr komplizierten Temperaturverläufe ein.

Wie Prof. Bonten erklärte, konnten die Forscher am IKT durch den Einsatz besonderer Kettenspalter die Alterung von PA 12 gezielt rückgängig machen und die Viskosität des Altmaterials sehr genau einstellen.

Recyclingpulver fast wie Neuware

Mit den Möglichkeiten zum In-Situ Recycling von PA 12-Pulver für das selektive Lasersintern beschäftigte sich Prof. Dr.-Ing. Christian Bonten, Leiter des Instituts für Kunststofftechnik IKT der Universität Stuttgart. Prof. Bonten traf mit seinem Vortrag den Nerv vieler Verarbeiter, die unter den extrem hohen Kosten von PA 12 Pulver von rund 60 EUR/kg leiden. Am IKT wurde deshalb die Alterung von PA 12 bei verschiedenen Belastungen, die damit verbundenen Probleme bei der Wiederverwendung von Altpulver und mögliche Ansatzpunkte für eine Verbesserung untersucht. Mit Erfolg, wie Prof. Bonten erklärte, denn durch den Einsatz besonderer Kettenspalter gelang es den Wissenschaftlern, die Alterung von PA 12 gezielt rückgängig zu machen und die Viskosität des Altmaterials sehr genau einzustellen. Wie Prof. Bonten versicherte, liegt dabei die Qualität des Altpulvers selbst bei mehrfacher Aufbereitung sehr nahe am Neupulver.

Einen Blick über den Zaun in die Welt der Metalle warf Prof. Dr.-Ing. Robert F. Singer vom Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle der Universität Erlangen-Nürnberg, der neben großen Unterschieden – bei der Additiven Fertigung mit Metall besteht die Schwierigkeit darin, die Wärme im Bauteil zu halten, bei Kunststoff darin, die Wärme heraus zu bekommen – auch die Gemeinsamkeiten hervorhob, zum Beispiel das riesige Interesse von Industrie und Verbrauchern, die enormen Wachstumsraten und die Möglichkeit, sehr komplexe Bauteile mit integrierten Funktionen und bionischen Formen herzustellen.

Gastgeber Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt vom Lehrstuhl für polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth, erklärte den Effekt der Rissbildung am Beispiel einer Serviette. Foto: K-ZEITUNG/Kögel

Gastgeber Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt vom Lehrstuhl für polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth beleuchtete in seinem Vortrag die mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Formteilen – ein brennendes Thema angesichts der Tatsache, dass heute neben Mustern und Prototypen auch immer mehr Funktionsteile additiv gefertigt werden, und damit auch Themen wie Ermüdung relevant werden.

Klares und nicht überraschendes Ergebnis: Die Baurichtung hat einen sehr großen Einfluss auf die Belastbarkeit, was im Umkehrschluss dazu führt, dass sich die Belastbarkeit durch geeignete Wahl der Baurichtung direkt beeinflussen lässt.

Biegefestigkeit nahe am Spritzgießen

Prof. Altstädt legte in seinem Vortrag auch dar, dass additiv gefertigte Bauteile bei gewissen Belastungsformen durchaus mit Spritzgießteilen mithalten können. So ist zwar die Bruchdehnung bei Additiver Fertigung deutlich geringer als bei Spritzgießteilen, bei der Biegefestigkeit ist der Unterschied mit 91 % der Belastbarkeit aber nur gering.

Beim AKF-Verfahren, das Arburg beim Freeformer verwendet, zeigte sich bei den Versuchen sogar, dass der Aufbau der Struktur aus vielen winzig kleinen Tröpfchen durchaus intelligent reagieren und damit das Risswachstum im Bauteil hemmen kann.

Dr.-Ing. Domink Rietzel, Leiter Additive Manufacturing – Non Metal der BMW-Group: "Die Additive Fertigung wird die Art, wie wir produzieren, komplett verändern.“ Foto: K-ZEITUNG/Kögel

Neben diversen, teils sehr tief gehenden Vorträgen weiterer Professoren zum Thema Additive Fertigung gab Dr.-Ing. Domink Rietzel, Leiter Additive Manufacturing – Non Metal der BMW-Group, als Gast und einziger „Nicht-Professor“ unter den Referenten einen überaus interessanten Einblick in die Potenziale der Additiven Serienfertigung in der Automobilindustrie.

Große Stückzahlen durchaus machbar

Seine klare Ansage: „Die Additive Fertigung wird die Art, wie wir produzieren, komplett verändern.“ Mehr noch, sie wird nach Rietzels Überzeugung auch die Produkte selbst komplett verändern, da zum Beispiel personalisierte Bauteile möglich werden. Wie schnell der Wandel vor sich geht, konnte Dr. Rietzel mit eindrucksvollen Zahlen belegen: 2013 wurden bei BMW rund 10.000 Bauteile additiv gefertigt, 2017 waren es schon 140.000 und 2018 werden es über 200.000 sein.

Alle diese Teile lassen sich bei Bedarf jederzeit reproduzierbar erneut herstellen, da BMW alle dafür eingesetzten Maschinen in einem aufwändigen Prozess qualifiziert hat.

Aufgrund seiner Erfahrung mit unterschiedlichsten Teilen und Maschinen ist Dr. Rietzel überzeugt: „Es werden noch viele neue Technologien kommen. Aber die Additive Fertigung wird sich in den nächsten Jahren definitiv durchsetzen.“

gk