Wie wichtig das Thema «Additive Manufacturing» (AM) für die Schweiz werden wird, liess sich am letzten «Technology Briefing» der Empa ablesen: Mehr als 150 Fachleute aus Industrie und Forschung hatten sich am 18. Januar zur Vortragsreihe «Additive Manufacturing – Quo vadis II» versammelt, um sich über kommende Entwicklungen im Bereich des industriellen 3D-Drucks, der Qualitätskontrolle und neuartiger Designansätze auszutauschen. Die Veranstaltung findet alle zwei Jahre statt.

Neue Designansätze und Geschäftsmodelle haben additive Herstellungsprozesse bereits in der Mitte der produzierenden Wirtschaft verankert. So werden etwa kleinere Spezialteile für die Produktion von Schokoladentafeln nach Vorgaben der Kunden bereits im 3D-Druck gefertigt, was die Kosten pro Bauteil um den Faktor zehn senkte. Auch im Bereich von professionellen Kamerablenden kommt AM für schnell lieferbare Kleinserien zum Einsatz. Basis dafür ist eine web-basierte Software, mit der die Parameter der geforderten Stücke vom Kunden selbst spezifiziert werden können.

Haut, Muskeln und Ersatzknorpel nach Mass

Auch in der Medizintechnik ist der Einsatz additiver Fertigung bereits gängige Praxis, etwa bei Implantaten für Knie, Gesicht und Rückgrat. In näherer Zukunft erwarten Fachleute chirurgische Schrauben und Implantate aus Magnesium, die sich im Körper auflösen und nicht mehr (durch eine weitere Operation) entfernt werden müssen. Die Auflösungsgeschwindigkeit lässt sich dabei durch das Material, das Design des Implantats und den Produktionsprozess im 3D-Drucker steuern. In einigen Jahren könnte es auch möglich sein, künstliche Knorpel, Muskeln oder Haut zu drucken, die dann den Patienten implantiert werden können.

Am «Technology Briefing» der Empa kam auch ein häufig auftretendes Problem im 3D-Druck zur Sprache: der Bildung von Rissen im Werkstück. Forschung an der EPFL zeigt, dass man mittels einer Technik aus dem Turbinenbau das Problem lösen kann. Dabei wird das Material mit Hilfe von ultrakurzen Laserpulsen erschüttert, wodurch das Gefüge homogenisiert wird und interne Spannungen abgebaut werden. So könnten in Zukunft Bauteile aus dem 3D-Drucker entstehen, die ihren konventionell gefertigten Vorbildern an Festigkeit ebenbürtig sind.

Die additive Verarbeitung von keramischen Werkstoffen bietet ebenfalls ein enormes Potential. Sie steht allerdings noch vor grossen Herausforderungen. Der bisher nötige, hohe Anteil an Bindemittel in den Keramikpasten führt oft zu Problemen bei der Weiterverarbeitung. Daher arbeitet man an neuen Ansätzen, wie man beispielsweise Nanopulver einsetzen und Bindemittel reduzieren kann. Auch das Sintern der Partikel mit speziellem Laserlicht ist nicht trivial und wird intensiv erforscht.

Expertengruppen und Netzwerke bieten Beratung und Orientierung

Zum Schluss der Veranstaltung stellten sich verschiedene Expertengruppen und Netzwerke vor, die die unterschiedlichen Akteure im AM zusammenbringen und besser vernetzen wollen, um das Thema noch schneller voranzubringen. Viele dieser Initiativen sind erst im vergangenen Jahr ins Leben gerufen worden, etwa der «Forschungsverbund AM» der Schweizer Akademie der Wissenschaften (SATW), das «AMNetwork Schweiz» der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) sowie die «Fachgruppe SAMG» des Branchenverbands Swissmem.

Empa informiert über «Additive Manufacturing»