Umsetzbare Hirngespinste

Einen Boom erlebt derzeit die additive Fertigung von Metall. Auch Handwerksbetriebe nehmen teil an der ­Entwicklung der Technologie, die zunehmend wirtschaftlich wird.

Vor über 20 Jahren begann die additive Fertigung, populär 3D-Druck genannt, ihren Siegeszug. "Zunächst konnten nur Kunststoffe als Werkstoff verwandt werden", erinnert sich Udo Albrecht, Beauftragter für Technologie und Innovation an der Handwerkskammer Koblenz. Genutzt wurde die Methode zu Anfang vor allem von Modellbauern. Heute sind 3D-Drucker auch für private Zwecke verfügbar. Aus dem Extruder kommt der thermisch plastifizierte Kunststoffstrang, der dann Spielzeug, Vasen, Firmenlogos oder Maskottchen formt und der an Ort und Stelle durch Abkühlen hart wird. 

"Inzwischen lassen sich auch Teile aus Metall additiv fertigen", so Albrecht, "das ist aber deutlich teurer und aufwendiger". Metall in Pulverform wird in dünnen Schichten knapp unterhalb seines Schmelzpunktes in der Druckkammer ausgebracht und an den Stellen, an denen das Werkstück entstehen soll, mit einem Laserstrahl verschmolzen. Selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) heißt die Fertigung in der Fachsprache.

Mit Laserstrahl verschmelzen

"Auch im Handwerk findet das Verfahren nach und nach seinen Markt", weiß Albrecht. Maschinenbauer und Werkzeugmacher fertigen damit Einzelteile, die nicht für die Serie gedacht sind, und komplizierte Geometrien, die sich nicht gießen und fräsen lassen. Viel Erfahrung damit hat Thomas Hilger, Maschinenbautechniker und Mitgründer von Lightway, einem auf 3D-Druck spezialisierten Unternehmen im rheinland-pfälzischen Niederzissen. Der Handwerksbetrieb bekommt hauptsächlich Aufträge aus dem Maschinen-, Anlagen- und Automobilbau, von Konzernen ebenso wie von kleinen Unternehmen. "Wir brauchen ein digitales 3D-CAD-Modell, drucken daraus das Werkstück und bearbeiten es danach mit einer Fräse", erklärt der Experte. "Bis auf Tausendstel Millimeter genau können wir arbeiten." Es handele sich um eine Art Mikroschweißen, so Hilger, alle schweißbaren Metalle, also etwa Aluminium, Titan, Werkzeugstahl, Edelstahl und auch Edelmetalle, können verarbeitet werden.

"Die kompliziertesten Geometrien können wir da formen, Hirngespinste lassen sich umsetzen", schwärmt Hilger, "viele lassen sich mit dem traditionellen Guss gar nicht herstellen". So etwa Bauteile mit innenliegenden Kühl- oder Leitungskanälen. "Für die Herstellungskosten sind die Geometrien unerheblich", betont Hilger, daher lohne sich hier die teure additive Methode. Auch bei Prototypen mit sehr hohen Gusswerkzeugkosten sei das neue Verfahren finanziell interessant und bei kleinen Serien, bei denen sich die hohen Einmalkosten nicht rechnen.

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Das Problem ist der Preis

Auch wenn noch nicht als Standard etabliert, so hat der Zahntechnikermeister Hannes Becker aus Hamburg doch die additive Fertigung in seinem Metier immerhin ausprobiert. 40 Jahre alt ist der Betrieb, den er in der zweiten Generation führt. Bisher hat man hier Zahnersatz immer in der Gusstechnik hergestellt. "Seit zwei Jahren fertige ich unsere Metallgussteile mit Selektivem Laserschmelzen", erzählt Becker. "Ich war neugierig, ob es funktioniert." Unter seinen Kollegen herrscht große Skepsis, mit der Fertigungsmethode entstünden Fehler, hatten sie berichtet, die Teile passten oft nicht. "Ich habe da ganz andere Erfahrungen gemacht", freut sich der Zahntechniker. Nach seinen CAD-Vorlagen gibt er die Teile bei auf 3D-Druck spezialisierten Betrieben in Auftrag. "Das funktioniert ganz wunderbar." Ein Problem sei aber der Preis. "Die Herstellungskosten sind so hoch, dass die Gewinnspanne für mich gegen Null geht.

"3D-gedruckte Brillen indes werden in Kürze ihren Markt finden, ist zumindest Augenoptikermeister Sebastian Zenetti in Konstanz überzeugt. Gemeinsam mit drei Freunden hat er vor drei Jahren das Unternehmen "You Mawo" gegründet und produziert maßgefertigte Brillengestelle. "Bisher haben wir Brillen aus einem speziellen Polyamid gedruckt", berichtet er. Zehntausende Brillengestelle haben sie in 16 Länder verkauft. "Als Grundlage dienen uns Infrarot-Scans mit einem iPad, die Augenoptiker von ihren Kunden anfertigen und uns schicken. Ein Programm berechnet daraus die Daten für die maßgeschneiderte Brille." Auch Metallbrillen lassen sich im 3D-Druck produzieren. Nach Einschätzung von Sebastian Zenetti "war das bisher einfach zu teuer", – wie beim Zahnersatz. Inzwischen sinken die Produktionskosten, hat der Experte erfahren, dazu gebe es einen Modetrend zur Metallbrille. "Brillengestelle aus Metall kann ich deutlich dünner als Kunststoff drucken, Metalldruck aus Titan ist zudem antiallergen." Ein attraktives Geschäftsfeld, das sich das Team bei You Mavo nicht entgehen lassen will. "Wir machen seit Jahren Versuche zur Umsetzung des Drucks von Metall", so Zenetti. "Ultraspannend finden wir das."