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Additive Fertigung (3D-Druck)

3D-Druck-Verfahren revolutionieren ganze Branchen – auch die Prozessindustrie?

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Impulsgeber für die Prozesstechnik

Warum die additive Fertigung gerade auch für den Apparate- und Anlagenbau so interessant ist? Sie kann bislang ungewohnte, komplexe Strukturen herstellen und eignet sich insbesondere für Anwendungsbereiche, in denen es auf Spezialanfertigungen und geringe Losgrößen ankommt. Die teure und zeitaufwendige Herstellung von Werkzeugen und Formen ist bei der additiven Fertigung ebenso Geschichte wie hoher Materialverlust bei der Bauteilherstellung. Statt Ersatzteile zu produzieren und im Container oder per Luftfracht um die halbe Welt zu schicken, könnten zukünftig einfach die Daten an den Drucker gesendet werden, der dann vor Ort das benötigte Teil in kürzester Zeit passgenau ausdruckt. Und wenn es eine Apparatur mit den gewünschten Spezifikationen nicht auf dem Markt gibt, wird sie eben berechnet und dann gedruckt.

Eckard Foltin, Vorsitzender der ProcessNet-Fachgruppe Zukunftsforschung und Innovationsmanagement, sieht in der additiven Fertigung einen Impulsgeber, der die Prozesstechnik grundlegend verändern werde: „Durch die Möglichkeiten zur Individualisierung von Bauteilen hat die additive Fertigung auch das Potenzial zum Paradigmenwechsel in der Pro­zesstechnik.“

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Beeindruckende Beispiele dazu gibt es bereits: Thaletec hat den Prototypen eines emaillierten Hochdruckreaktors mithilfe eines additiven metallbasierten Fertigungsverfahrens hergestellt – und konnte dabei einen Temperierkanal für das Beheizen oder Kühlen des Reaktorinnenraums integrieren. Die Kombination aus Emaillierung und integriertem Temperierkanal bietet gegenüber den bisher üblichen Lösungen einen deutlich verbesserten Wärmeübergang zwischen Produkt und Temperiermedium und damit die Möglichkeit, die Wärmetönung des Prozesses besser zu beeinflussen.

Ein besonderer „Reaktorbau“ ist auch Wissenschaftlern der Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in den USA gelungen: Nach dem Isolieren von Enzymen aus methanotrophen Bakterien, die Methan zur Energie- gewinnung verwenden, mischten die Forscher diese mit Polymer und druckten damit Reaktoren. Die isolierten Enzyme behielten dabei ihre Aktivität – und wandeln Methan in Methanol um. Das enzym-versetzte Polymer könnte zukünftig für eine ganze Reihe von Anwendungen, speziell bei Gas-Flüssigkeits-Reaktionen, zum Einsatz kommen.

Die additive Fertigung ist zudem für die Herstellung von mikrofluidischen Bauteilen interessant: Wissenschaftler vom DWI (DWI- Leibniz-Institut für Interaktive Materialien) und der RWTH Aachen haben mit einem 3D-Drucker ein Bauteil mit einem kleinen dreidimensionalen Kanalnetzwerk gedruckt. In dem Netzwerk entstehen an der Kanalkreuzung monodisperse Tröpfchen. Mithilfe dieses Konzeptes können Mikrogele und andere Materialien hergestellt werden.

Unbeantwortete Fragen

Doch warnen manche auch bereits vor einem Hype. Vor allem die Frage nach Standards und der Qualitätssicherung müsse beantwortet werden – insbesondere, wenn es um sicherheitsrelevante Bauteile wie Berstscheiben geht. Denn 3D-Druck-geeignete Werkstoffe müssen den speziellen Anforderungen der Schmelz- und Schwindungsprozesse im 3D-Druck genügen und dürfen dabei nicht ihre charakteristischen Materialeigenschaften verlieren.

Das treibt auch KSB um: Seit Ende 2014 verfügt das Unternehmen in seinem Pegnitzer Werk über zwei Laserschmelz-Anlagen, um das Potenzial des 3D-Drucks für die Entwicklung und Fertigung im Pumpenbau zu untersuchen. Dabei stellen die Werkstoffspezialisten mithilfe der CAD-Daten versuchsweise geeignete metallische Bauteile her. Eine der Aufgaben ist es herauszufinden, ob das aus Metallpulver hergestellte Werkstück auch die erforderliche Festigkeit und Materialeigenschaft aufweist.

Zu welchem Fazit unser Autors kommt, sowie ein Interview zum Thema 3D-Druck lesen Sie auf der nächsten Seite.

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