Additiv aufgebrachte Oberflächenstrukturen
Fraunhofer IWS
In Deutschland ist der Begriff "Industrie 4.0" als Synonym für das vierte Stadium der industriellen Revolution, in der Industrie und Informationstechnik miteinander verschmelzen, inzwischen populär. "Doch der technische Fortschritt geht viel weiter", konstatieren die Springer Autoren Tobias Kollmann und Holger Schmidt in "Deutschland 4.0". "Aktuell finden entscheidende technische Fortschritte auf mindestens vier zentralen Gebieten parallel statt, deren Kombination die Wirtschaft wahrscheinlich tiefer und schneller verändert als die bisher beobachteten industriellen Revolutionen: Das Internet der Dinge, Roboter, künstliche Intelligenz (KI) und 3D-Druck. Im Hintergrund kommen noch Big Data und die Umstellung auf das Cloud-Computing hinzu, das als Infrastrukturtechnik oft als Basis für die Digitalisierung der Wirtschaft dient. Alle Entwicklungen zusammen treiben also nicht nur die Transformation der Industrie an, sondern eigentlich den gesamten Wirtschaftsprozess" (Seite 43).
Kollmann und Schmidt erkennen im 3D-Druck das Potenzial, "die 150 Jahre lang praktizierte Produktionsweise der Industrieländer, nämlich Rohmaterialien möglichst kostengünstig an einem Ort zu einem Endprodukt zu fertigen, in den kommenden Dekaden in eine individuelle On-Demand-Produktion am Ort des Konsums zu transformieren" (Seite 47). Als Beleg zitieren sie ein neues Amazon-Patent: Die Amerikaner wollen 3D-Drucker auf Lastwagen montieren und das bestellte Produkt dann quasi direkt vor der Haustür des Kunden "drucken".
Breite Werkstoff- und Verfahrenspalette
Noch gibt es niemanden, der diesen neuen Markt beherrschte, Chancen tun sich der deutschen Industrie auf – die auch ergriffen werden. Zum Beispiel in Dresden: Gemeinsam mit der Technischen Universität Dresden betreibt das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) dort das "Zentrum für Additive Fertigung Dresden". Die international viel beachtete Einrichtung ist ein Kompetenzzentrum zur Entwicklung von High-Tech Bauteilen mittels 3D-Druck in Ostdeutschland. Von hier aus wird auch das europaweit größte Forschungsvorhaben zur Additiven Fertigung "AGENT-3D" geführt, an dem eine Vielzahl an Unternehmen teilnimmt.
Die Dresdner Spezialisten setzen 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", erläutert 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.
Großes Bauteil wird zum Prüfstein
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 tüfteln sie an einem Bauteil, das mit einem Durchmesser von drei Metern mit einem Robotersystem gedruckt und gleichzeitig gefräst werden kann: absolutes Neuland.