Zukunftstechnologie: Brücken drucken.

cr201603_bruecken_drucken Foto: Frank Preuß

Aus weichem Pulver wachsen über Nacht harte Zahnräder. Was wirkt wie Science-Fiction, ist die Kunst der Maschinenbauer. Professor Dr. Gerd Witt beherrscht sie meisterhaft – keiner kennt sich besser aus mit dem 3D-Druck, es ist die Zukunftstechnologie. (Von Karin Koster)

Über eine Wendeltreppe führt der Meister in sein Atelier: die Maschinenhalle des Lehrstuhls für Fertigungstechnik im Erdgeschoss der Duisburger ‚Keksdosen‘. Hier stehen sie, graue Blechkästen, die zaubern können. Maschinen wie die Formiga P100, Dimension sst 1200es oder EOS M290. Jede mehrere 100.000 Euro wert. Mit ihnen gelingt es, stabile Turbinen und Rohre zu formen, aus Metall- oder Kunststoffpulver. Vielleicht kommt künftig sogar Glas dazu.

Kopfkino an! Was lässt sich denn so drucken? Perücken, Armprothesen, Spielzeug, Fahrräder – eigentlich alles, was man sich vorstellen kann. Doch nicht alles macht Sinn. „Nur wenn man einen Mehrwert hat, lohnt sich der Aufwand“, hebt Professor Witt hervor. „Das heißt also, ein individuell gefertigtes Hüftgelenk ist besser als das Serienprodukt. Es wird vom Körper gut angenommen, der Patient hat weniger Schmerzen, kann sich besser bewegen und braucht weniger Medikamente.“

Überhaupt, der medizinische Einsatz fasziniert den Maschinenbauer am meisten. Sind doch Dinge wie Herzklappen wahre Superhelden. Wenn es die Lebensqualität hebt, lohnt es sich, dafür zu forschen. Da verzichtet der 60-Jährige gerne auf seinen Urlaub. Ganze vier Tage waren es im letzten Jahr, an denen er sich eine Auszeit erlaubte in seinem Lebensprojekt. Seit fast zwei Jahrzehnten betreibt Witt Grundlagenforschung für Firmen wie BMW, Siemens oder Airbus, macht die UDE führend auf diesem Gebiet. Getestet werden die so genannten additiven Fertigungsverfahren im Rapid Technology Center (RTC).

Hier hebt Marijan Pfeiffer gerade eine 20 Kilo schwere Metallplatte aus dem Industriedrucker. Der 28-Jährige schreibt seine Mas­terarbeit über das Alterungsverhalten von Metallpulver und kann lässig erklären, wie das Gerät funktioniert: „Eigentlich ist es ein bisschen wie ausmalen.“

Die Basis bildet der schwere Metallträger, auf dem behutsam feinstes Pulver verteilt wird. Natürlich nicht locker aus dem Handgelenk, sondern mit der Maschine, die eine Keramikklinge über diese Platte zieht. Die Schicht ist 0,02 Millimeter dünn – so wie ein besonders feines Haar. Ein starker Laser brennt mit 1.400 Grad die Kontur in das metallische Pulver, und die Platte senkt sich um genau die 0,02 Millimeter der ersten Schicht, bevor die Klinge die nächste verteilt. Wieder glüht der Laser, Funken fliegen. So dauert es etwa 40 Stunden, um eine massive, handgroße Turbine zu drucken. Wäre sie aus Kunststoff, ginge es etwas schneller, bei Temperaturen bis 230 Grad.

Jede Form ist möglich, ein CAD-Programm übersetzt die Idee in eine maschinenlesbare Datei. Bohren und Schweißen wird überflüssig – Löcher und Verbindungen werden direkt mitgedacht. Das Pulver wird anschließend gesiebt und kann bis zu 50-mal wieder verwendet werden. 16 Doktoranden arbeiten aktuell daran, diese Prozesse noch schneller und besser zu machen.

Weltweit ein Riesenthema. „Vor allem in China nehmen sie dafür viel Geld in die Hand.“ Witt kennt alle Anlagenhersteller, ist bestens vernetzt mit forschenden Kolleg/innen, an der UDE sind das vor allem Fachleute aus Medizin, Nano und E-Technik. Er will, dass Studierende sich früh ausprobieren können – seit kurzem gibt es für sie ein eigenes Labor. Erfahrene Kommiliton/innen zeigen, wie kleine Do-it-yourself-Geräte funktionieren, drucken Handyhüllen, Flaschenöffner oder das Rädchen, das an ihrem Fahrrad kaputt gegangen ist.

Auf Witts Schreibtisch steht die Miniatur der Dresdner Frauenkirche, keine drei Zentimeter hoch und doch mit filigranen Details. Würde man die Kunststoffhülle anbohren, rieselte aus ihrem Inneren feinstes Pulver. Denn der Drucker formt – wenn gewünscht – auch nur die äußere Kontur.

Dem Fachmann gelingt täglich der Spagat zwischen zwei Welten: Egal welches Material – Kunststoff oder Metall –, Gerd Witt ist der Einzige, der sich mit beidem bestens auskennt. Den Alltag zu verbessern, ist sein Anliegen. Dann würde er sogar Nahrung drucken. Nicht als Kuriosum, sondern als Lebenshilfe. „Wer nur Flüssignahrung zu sich nehmen kann, freut sich bestimmt, wenn der Brei wieder aussieht wie ein Stück Fleisch.“

Noch klingt für viele der 3D-Druck wie Spielerei. Dabei wird die Technik längst eingesetzt. Chirurgen lassen sich OP-Instrumente auf die Hand schneidern. Und Zahnärzt/innen bauen darauf. „Sie sprechen nur selten darüber. Dabei ist Zahnersatz aus dem Drucker schon ein ganz normales Produkt in Deutschland.“ Es macht Zahntechniker/innen fast arbeitslos.

Der Wissenschaftler denkt in großen Dimensionen. „Brücken zu drucken, das kann ich mir vorstellen. Wir spannen über das Tal starke Stahlseile, der Drucker fährt daran entlang und baut Schicht für Schicht die Brücke aus Harzbeton auf.“ Einen Monat drucken, einen Monat trocknen – so wäre der derzeitige Stau auf der A1 wohl schnell Geschichte.

Trotzdem sieht Witt die Grenzen: „Ein Flugzeug kann man – auch wenn manche das möchten – sicher nie ganz im dreidimensionalen Druck herstellen. Dafür ist der Aufbau zu komplex.“ Auch Häuser, die einige schon aus dem Drucker fließen sehen, hält er nicht für die idealen Objekte. „Das ist sicher interessant, doch müssten Sie die Leitungen dann wieder auf dem Putz aufbringen, und die Strukturen sind relativ starr. Ich frage mich, wer in einem solchen Plattenbau leben möchte?“

Wie jede Technologie kann auch diese missbraucht werden. Als der Bauplan einer Waffe im Netz kursierte, löste das eine Debatte aus – nicht nur in Amerika. „Mit einer Pistole aus dem 3D-Drucker können Sie höchstens einen Schuss abgeben, dann ist sie kaputt. Und das Verfahren ist für Privatleute viel zu teuer“, bleibt Witt ruhig. Er glaubt nicht, dass Kriminelle das nutzen.

Viele technische Produkte entstanden beim Militär. Wie der LKW, der Pferdetransporte ersetzte, oder auch die SMS, die ursprünglich über Störungen im GSM-Netz informierte. „Das Verfahren ist so revolutionär wie damals die Erfindung der standardisierten Schraube, des Computers oder des Handys. Es wird die Wirtschaft verändern.“

Künftig wird die Logistik einfacher, produziert man bedarfsgerecht vor Ort. Das Militär macht es vor: Die U.S. Air Force druckt Ersatzteile unmittelbar auf ihren Flugzeug­trägern. Silos mit Material (Metall- oder Kunststoffpulver) könnten Ersatzteillager ergänzen bzw. ersetzen. Manche Anbieter stellen die Daten für den Bau der Teile ins Netz. „Es werden weniger Waren transportiert, was die Umwelt schont. Die Logistik muss sich anpassen. Breite Bedeutung bekommen die CAD-Daten. Wem gehören sie und wie können sie geschützt werden?“, blickt Witt in die Zukunft.

Noch sind die Energiekosten hoch, der Druck ist relativ langsam und die Ausschussquote bereitet Entwicklern schlaflose Nächte. Doch in etwa zehn Jahren haben wir vielleicht alle einen 3D-Printer zuhause, einen kleinen Künstler, der über Nacht unsere Wünsche aus Staub wahr werden lässt.

Zwei Ausgründungen – eine für Metall und eine für Kunststoff – hat Professor Witt begleitet: die Firmen Additive Manu­facturing & Research (AMR) und Additive Manufacturing Polymer Research (AMPR). Sie setzen die neuen Ideen für den Markt um.

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