3D-Druck

Der 3D-Druck ist heute ein gängiges Fertigungsverfahren zum Verarbeiten von Werkstoffen; in der Luft- und Raumfahrt ebenso wie beispielsweise im Autobau. Dabei wird ein Material Schicht für Schicht aufgetragen. So lassen sich zum Beispiel auch aus Aluminium dreidimensionale Gegenstände herstellen, etwa Zylinderköpfe oder Motorhalterungen.

Aluminium-3D-Druck - Wie funktioniert das eigentlich?

Interview mit Prof. Dr. A. Erman Tekkaya, IUL Institut für Umformtechnik und Leichtbau, TU Dortmund

Ist der Aluminium-3D-Druck das Zukunftsverfahren für den Automobilbau in Deutschland? Warum?

Prof. Dr. A. Erman Tekkaya: Der Aluminium-3D-Druck ist ein innovatives Verfahren zur Herstellung individueller Bauteile. Das Verfahren kann besonders im Rahmen des Produktentwicklungsprozesses beim Bau von funktionsfähigen Prototypen seine Schnelligkeit ausspielen. Der Schritt in die automobile Serienfertigung steht aktuell jedoch noch aus. Dazu sind die benötigten Stückzahlen zu hoch. Denkbar wäre jedoch die Realisierung kundenindividueller Wünsche oder Bauteile in Pkw der Oberklasse mit geringen Stückzahlen. Dies könnte die Performance bestimmter Bauteile erhöhen.

Was sind die Vorteile in der Fertigung gegenüber der Verwendung von Aluminiumguss und anderen bisherigen Produktionsverfahren?

Prof. Dr. A. Erman Tekkaya: Durch die hohen Abkühlraten bei der additiven Fertigung von Metallen erreichen diese und besonders Aluminium sehr gute mechanische Eigenschaften, die denen von Aluminiumguss hinsichtlich Festigkeit, Härte und Ermüdungsverhalten stark überlegen sind. Ein zusätzlicher Vorteil sind die nahezu beliebigen Möglichkeiten der Formenausbildung. Durch den schichtweisen Aufbau sind Bauteile möglich, die mit konventionellen Verfahren nicht oder nur zu unverhältnismäßig hohen Kosten herzustellen wären, wie beispielsweise innenliegende Kühlkanäle. Durch Kombination des Leichtbauwerkstoffs Aluminium in Verbindung mit stark gewichtsoptimierten Ausformungen lassen sich hierbei Werkstoff-, Funktions- und Formenleichtbau auf einzigartige Weise miteinander verbinden.

 

Additive Fertigung

Der 3D-Druck, auch bekannt unter den Bezeichnungen Additive Fertigung, Additive Manufacturing, Generative Fertigung oder Rapid Technologien, bezeichnet alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und damit dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden.

Legierung

Durch Zusammenschmelzen entstandenes Gemisch verschiedener Metalle

Gibt es aus Ihrer Sicht Alternativen im Leichtbau zum Aluminium – auch mit Blick auf die Klimaziele? Welche?

Prof. Dr. A. Erman Tekkaya: Neben Aluminium spielen aktuell natürlich auch höchstfeste Stahllegierungen im Leichtbau eine wichtige Rolle. Dennoch ist Aluminium ein vielversprechender Werkstoff und besonders der Aluminium-3D-Druck bietet große, bisher noch ungenutzte Potenziale. Die Entwicklung von Aluminiumlegierungen macht große Fortschritte, und es sind mittlerweile auch hochfeste Aluminiumlegierungen kommerziell verfügbar. Die Herausforderung besteht darin, derartige Legierungen für den 3D-Druck nutzbar zu machen. Neben neuartigen Werkstoffen bietet der Aluminium-3D-Druck auch die Möglichkeit, die Materialeigenschaften maßgeblich zu beeinflussen. Im Hinblick auf die Klimaziele kann somit auf der einen Seite eine ressourceneffiziente Fertigung gewährleistet werden, weil der Werkstoff nur dort aufgebracht wird, wo er notwendig ist. Auf der anderen Seite lassen sich einzigartige, funktionsgerechte Bauteile gestalten, die hinsichtlich Gewicht und Bauteileigenschaften eine wichtige Rolle zur Erreichung der Klimaziele spielen.

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Fragen und Antworten

3D-Druck

Wie wird der Aluminium-3D-Druck genutzt – zum Beispiel im Autobau?

Der 3D-Druck ist heute ein gängiges Fertigungsverfahren zum Verarbeiten von Aluminium. Dabei wird das Metall Schicht für Schicht aufgetragen. So können Autobauteile individuell und schnell hergestellt werden. Das Verfahren wird deshalb insbesondere in der Produktentwicklung beim Bau von Prototypen genutzt.

Welche Vorteile bietet der Aluminium-3D-Druck gegenüber Aluminiumguss und anderen bisherigen Produktionsverfahren?

Durch die hohen Abkühlraten beim Aluminium-3D-Druck erreicht das Metall sehr gute mechanische Eigenschaften, die denen von Aluminiumguss hinsichtlich Festigkeit, Härte und Ermüdungsverhalten deutlich überlegen sind. Zusätzlich ermöglicht der 3D-Druck eine nahezu beliebige Ausbildung von Formen.

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