Fabian Lorenz (links) und Johannes Rudolph beim Einrichten des Multi-Materialdruckers, der bis zu drei Werkstoffe parallel verarbeitet.

Fabian Lorenz (links) und Johannes Rudolph beim Einrichten des Multi-Materialdruckers, der bis zu drei Werkstoffe parallel verarbeitet. TU Chemnitz

„Inzwischen sind die Grundzüge und die Entwicklungsrichtung des Verfahrens klar“, sagt Johannes Rudolph, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe der Technischen Universität Chemnitz. Statt des Siebdrucks entschieden sich die Forscher für ein 3D-Drucksystem. Dabei bewegt sich der Druckkopf dreidimensional und drückt die Spezialpaste an die vorgegebenen Punkte. So wächst im Drucker ein durch Aushärtung bereits verfestigtes, aber noch nicht belastbares Werkstück – der so genannte Grünling. Erst durch die anschließende Wärmebehandlung versintert das Werkstück zu einem stabilen Bauteil. „Über die Temperatureinstellung beim Sintern lassen sich die Eigenschaften der jeweiligen Materialien beeinflussen“, erklärt Fabian Lorenz, ebenfalls Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Chemnitz, einen wichtigen Aspekt des Verfahrens.

Die Motivation der Chemnitzer Wissenschaftler basiert auf dem 3D-Trend: Die Luft- und Raumfahrt oder der Sondermaschinenbau und die Prototypenfertigung benötigen oft komplexe Bauteile in geringen Stückzahlen. Gleichzeitig müssen die eingesetzten Werkstoffe sowie Baugruppen hohen Anforderungen genügen. Das betrifft zum Beispiel die Hitzebeständigkeit oder eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht. „Konventionelle Fertigungsverfahren stoßen hier an wirtschaftliche und zunehmend auch an technische Grenzen“, sagt Prof. Dr. Ralf Werner, Inhaber der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe. Weltweit werde deshalb unter anderem am 3D-Druck und anderen additiven Verfahren geforscht, bei dem Metallpulver, Kunststoffe oder Keramiken Schicht für Schicht verschmelzen.

Kooperationspartner sind willkommen

Bislang experimentieren die Chemnitzer Wissenschaftler, die nach eigener Aussage Projektpartnern und potenziellen Anwendern aufgeschlossen sind, noch mit einem einzelnen Druckkopf. Im nächsten Schritt wollen sie Druckjobs mit zwei und später noch mehr Druckköpfen für verschiedene Metall- und Keramikpasten testen. „Erst dann kommen die verfahrensspezifischen Vorteile des Multi-Materialdrucks voll zur Geltung, nämlich die einfache und preisgünstige Herstellung komplexer und geometrisch anspruchsvoller Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen in einem Arbeitsgang“, meint Rudolph. Als Beispiele nennt er hitzebeständige elektrische Antriebe, bei denen die isolierende Keramik-Ummantelung gleich mitgedruckt wird. Oder auch Behälter mit innenliegendem, hocheffizienten Wärmetauscher sowie Kühlkörper, die in den optimalen Bereichen von Kühlkanälen durchzogen sind.