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Hoch hinaus: Aachener entwickeln Innovationen mit dem 3D-Drucker

Von: Ines Kubat
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Die eine Flugzeug-Armlehne ist gefräst, die andere gedruckt: Die Aachener Andreas Nick (l.) und Chris Seiffert arbeiten bei der Airbus-Tochter Apworks an der Entwicklung des 3D-Drucks im metallischen Bereich. Foto: ik

München. Das Plakat an der Wand bei Apworks zeigt ein Motorrad aus dem 3D-Drucker – schnittig, modern, futuristisch. Es könnte so einfach sein: Pulver einfüllen, Startknopf drücken und schon erhebt sich ein fahrtüchtiges Zweirad aus dem Staub. Eine solche Vorstellung war lange unmöglich. Auf dem Airbus-Campus in Ottobrunn bei München aber scheint wenig unmöglich.

Vom selbstgedruckten Motorrad ist man bei der Firma Apworks nur einen Katzensprung entfernt: „Die Pläne sind fertig,“ sagt der gebürtige Aachener Andreas Nick, einer der ersten Apworks-Mitarbeiter. Die Firma – eine Tochter der Airbus-Gruppe – hat sich auf 3D-Druck im metallischen Bereich spezialisiert. Das abgebildete Motorrad könnten sie sofort fertigen. „Wenn da nicht der Preis wäre“, sagt Andreas Nick. Deshalb ist es vorerst nur ein Marketinggag. Aber eben nur vorerst.

Airbus hat erst in der vergangenen Woche eine positive Geschäftsbilanz unter 2015 gezogen. Der Flugzeugbauer hat den Rivalen Boeing beim Rennen um Neuaufträge im vergangenen Jahr abgehängt und investiert neben dem eigentlichen Flugzeugbau schon seit einigen Jahren viel Geld in die Forschung im metallischen 3D-Druckverfahren: Eine ganze Abteilung testet in Ottobrunn bei München neue Verfahren, entwickelt Materialien, optimiert den Druckprozess.

Wie gestern bekannt wurde, hat der Konzern vor Kurzem im niedersächsischen Varel mit dem industriellen Einsatz von 3D-Druckern in der Produktion begonnen. Bisher hatte Airbus seine Bauteile komplett von Zulieferern bezogen, nun werden zunächst doppelwandige Benzinrohre aus Titan gedruckt – und zwar von der Airbus-Tochter Premium Aerotech. „Das ist ein echter Meilenstein, zumal sich die Kosten dadurch halbieren“, sagte Airbus-Manager Peter Sander gestern.

Und Airbus folgt einem klaren Plan: Mitte 2016 soll es mit dem 3D-Druck von Edelstahl weitergehen und ab 2017 mit Aluminium, so die offizielle Marschrichtung des Konzerns.

Denn der Flugzeug-Gigant wittert das Potenzial im 3D-Druck, auch Additive Layered Manufacturing (ALM) genannt. Er will die Technologie allerdings nicht nur für die eigene Flugzeugflotte haben, sondern auch für andere Branchen: Denn der Markt, der sich durch die spezielle Fertigung erschließt, scheint enorm. Und er erwacht gerade erst wie ein schlafender Riese.

Erfolgversprechende Technologien, die in der Airbus-Denkschmiede entwickelt wurden, sollen deshalb auch extern vermarktet werden. Deshalb gliederte der Luftfahrtgigant vor zweieinhalb Jahren die Firma Apworks aus: Sie agiert nun als Bindeglied zwischen konzerneigener Forschung und freier Wirtschaft – und nutzt dazu das Know-how der Mutterfirma.

Apworks-Geschäftsführer Joachim Zettler setzte bei der Gründung auf Aachener Köpfe: Andreas Nick hat an der RWTH Metallurgie studiert und wurde wissenschaftlicher Leiter von Apworks. Christopher Seiffert stammt ebenfalls aus Aachen und kam als ausgebildeter Techniker nach München, um die Produktionsleitung zu übernehmen. Zu dritt haben sie die Firma Apworks aufgebaut, mittlerweile arbeiten sie mit zehn Ingenieuren und Wissenschaftlern.

In ihrer Produktionshalle stehen die zwei wichtigsten Mitarbeiter: die Drucker. Durch ein kleines Fenster kann man beobachten, wie ein Laserstrahl über eine Wanne mit feinem Metallpulver rast, das punktuell geschmolzen wird und eine feste Form hinterlässt. Sofort wird neues Pulver auf die Fläche gepustet und die nächste Schicht geschmolzen. Jede Schicht misst rund 0,06 Millimeter – minimal mehr als ein menschliches Haar. Bis also ein Gebilde von nur 20 cm Höhe entsteht, kann es schon mal Tage dauern.

Das 3D-Drucken nimmt zwar viel Zeit in Anspruch – bietet aber enorme Vorteile wie Materialersparnis. Außerdem lassen sich Strukturen konstruieren, die häufig stabiler und leichter sind als herkömmliche Konstrukte. Das Gerät druckt ein einziges Teil, wo sonst mehrere einzelne Stücke hergestellt und fest verbunden werden mussten.

Wissenschaftler, die über die Entwicklungen im 3D-Druckverfahren sprechen, nehmen bereits jetzt den Term industrielle Revolution in den Mund. Diese Revolution fand anfänglich vor allem im Bereich der Kunststoffverarbeitung, Architektur und Medizintechnik statt. Das Drucken von Metall ist relativ neu, aber vielversprechend.

Denn das ALM-Verfahren kann die herkömmlichen Guss- oder Fräsverfahren ergänzen oder sogar ersetzen, erklärt Produktionsleiter Christopher Seiffert. Was am Computer spielend leicht konstruiert wird, war bislang häufig unmöglich zu fräsen oder zu gießen und musste umständlich hinzugefügt werden: zum Beispiel innenliegende Hohlräume für Kühlflüssigkeiten in Motoren.

Besonders heiß auf die Innovationen im 3D-Druck ist die Luft- und Raumfahrt. Chris Seiffert und Andreas Nick zeigen warum und vergleichen zwei Flugzeugarmlehnen: Die eine wurde durch herkömmliches Fräsen aus Metall geformt, die andere ist ein Prototyp aus dem Drucker. Ihre Formen sind ähnlich, die eine Lehne ist allerdings eckig und kantig, die andere folgt einer bionischen Struktur. „Man sieht auf Anhieb, dass man beim gedruckten Teil viel weniger Material verbraucht hat“, sagt Nick. Der Unterschied mache sich vor allem auf der Waage und damit im Flugbetrieb bemerkbar: Denn mehr Gewicht bedeutet mehr Treibstoff und damit höhere Kosten jedes Fluges.

Und Apworks mischt in der Branche kräftig mit: Ihr Lizenzverfahren für die Luftfahrt-Branche ist gerade kurz vor dem Abschluss. Dann dürfen sie mit Titan einige Bauteile in Serie produzieren: zum Beispiel die besagten Armlehnen.

Aber Metall-3D-Druck ist nicht nur für die Luftfahrt interessant: Zwei Drittel der Apworks-Kunden kommen aus anderen Branchen. Manche lassen Einzelteile drucken, andere wollen Prototypen oder ordern kleine Serien. Vor allem die Automobilbranche spielt mit dem Gedanken des 3D-Drucks, erklärt Andreas Nick. Die Rede sei derzeit allerdings noch von Luxusfirmen oder der Formel 1. Denn für die Massenproduktion seien die Einzelteile bislang noch zu teuer.

Und auch eine ganz neue Sparte erhofft sich Hilfe von Apworks: Vor den beiden Druckern in der Produktionshalle liegt ein graues Bauteil: knapp 30 Zentimeter lang und 15 Zentimeter hoch. Obwohl es massiv aussieht und hoch belastbar ist, liegt es federleicht in der Hand. „Es ist ein Oberschenkel“, erklärt Seiffert, „für einen humanoiden Roboter“. Wer genau der Kunde ist, das unterliege bislang noch strengster Geheimhaltung. Doch gerade in dieser Sparte wachse das Interesse am Metall-Druck.

„Jeder will den Hype mitmachen, und hat ein Bauteil, das er drucken lassen möchte“, sagt Joachim Zettler. Aber nicht jedes Bauteil eigne sich wirtschaftlich gesehen für den 3D-Druck. Wie bereits erklärt: Das Verfahren kostet und es dauert. Zumindest noch.

Know-how für schnelleres und damit günstigeres Produzieren sei vorhanden. Das Problem sei bislang die Geschwindigkeit der Maschinen, erklärt Seiffert. Darum heißt es zunächst: Warten auf die neue Technik. Dann wird irgendwann das Metalldruckverfahren günstiger. Und irgendwann ist auch das 3D-gedruckte Motorrad kein reiner Marketinggag mehr.

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