3D-gedruckter Messestand auf der Formnext

Für Anwendungen in Luft- und Raumfahrt besonders gut geeignete, bislang aber in LPBF-Verfahren kaum eingesetzte Materialien sowie gedruckte Bauteile mit integrierten elektrischen Funktionen stehen im Mittelpunkt des Fraunhofer-Gemeinschaftsstands auf der diesjährigen Formnext. Doch auch der Messestand selbst ist ein Hingucker: Er ist vollständig 3D-gedruckt, mit Elementen aus biokompostierbarem Kunststoff und recyclingfähigem Polypropylen. Nach der Messe hat das modulare System nicht ausgedient. Das hochwertige Messemobiliar wird, neu zusammengesetzt, für Präsentationszwecke am Fraunhofer IWU im Einsatz bleiben.

Im Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahren (LPBF) wird Metallpulver schichtweise durch einen Laserstrahl lokal aufgeschmolzen und verfestigt, um Bauteile mit hoher geometrischer Präzision herzustellen. Am Dresdner Institutsteil des Fraunhofer IWU steht seit kurzem eine Hochtemperatur-LPBF-Anlage zur Verfügung, die – je nach Werkstoffanforderung – eine Vorheizung des Pulverbettoberfläche auf Temperaturen von bis zu 1200 °C ermöglicht. Dadurch wird die Verarbeitung hochschmelzender und korrosionsbeständiger Refraktärmetalle wie Wolfram sowie metallischer Werkstoffe mit vergleichbaren thermischen Eigenschaften, beispielsweise Titanaluminid, erleichtert. Während solche Materialien in der industriellen Praxis bislang überwiegend im Elektronenstrahlschmelzverfahren (Electron Beam Melting, EBM) verarbeitet wurden, eröffnet das Hochtemperatur-LPBF neue Möglichkeiten hinsichtlich höherer Auflösung, besonders dünnwandiger Strukturen und einer gut kontrollierbaren Einstellung der resultierenden Mikrostruktur.

Insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie können auf diese Weise extrem leichte und zugleich hoch verschleiß- und temperaturbeständige Komponenten gefertigt werden. Solche Eigenschaften sind vor allem bei stark beanspruchten Triebwerksbauteilen, Turboladersystemen oder Wärmetauschern von zentraler Bedeutung.

Kostengünstiger und umweltfreundlicher 3D-Druck

Für den Messestand setzten die Experten aus Zittau und Chemnitz auf biokompostierbaren Kunststoff (helle Bauteile) sowie recyclingfähiges Polypropylen (schwarze Bauteile). Letzteres trägt erheblich zu niedrigen Herstellkosten bei. Ausgangsmaterial ist ein preisgünstiges Granulat, das bereits recycelte Kohlenstofffasern enthält und beliebig oft wieder eingeschmolzen werden kann. Gerade einmal 55 kg schwarz eingefärbtes Granulat mussten für die drei Regalelemente und den Tresen verdruckt werden, die Herstellzeit betrug nur knapp 13 Stunden. Ein schlankes Vertriebskonzept vorausgesetzt, könnte der Tresen wie in Frankfurt präsentiert für ca. 1500 € kostendeckend vertrieben werden. Gestalterisch bietet das modulare, einfach zu montierende und umzubauende System viel Freiheit für die Präsentation von Exponaten. Steht genügend Fläche zur Verfügung, können Regale und Tresen frei im Raum platziert werden und bieten unverbaute Einblicke aus mehreren Blickwinkeln. Ist die Ausstellungsfläche knapp bemessen, schmiegt sich das System auch an (temporäre) Wände an. Die Einzelelemente lassen sich platzsparend transportieren; speziell der 170 cm breite, 110 cm hohe und 50 cm tiefe Tresen ist ein gutes Beispiel für den großformatigen 3D-Druck. Er überzeugt dank seiner Sandwich-Bauweise mit geringem Gewicht und hoher Tragfähigkeit. Solche Eigenschaften sind beispielsweise auch bei Einbauten in Sonderfahrzeugen von Vorteil; das Fraunhofer IWU nutzt die geometrischen Freiheiten und vergleichsweise kurzen Fertigungszeiten zusätzlich für die Herstellung individueller Sonderbetriebsmittel wie Handlingsysteme für Industrieroboter oder Formwerkzeuge und Vorrichtungen.

LPBF in einer Hochtemperaturanlage (Titanaluminid)

© Fraunhofer IWU

(Quelle: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU)