Made in Bremen

Bauteile aus dem Drucker

Die Firma Materialise hat sich auf den 3D-Druck von Metall spezialisiert. Damit können Bauteile digital gedruckt und anschließend in verschiedenen Branchen eingesetzt werden.
03.04.2016, 00:00
Lesedauer: 5 Min
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Bauteile aus dem Drucker
Von Lisa Boekhoff

Die Firma Materialise hat sich auf den 3D-Druck von Metall spezialisiert. Damit können Bauteile digital gedruckt und anschließend in verschiedenen Branchen eingesetzt werden.

Schmelzen, gießen, stanzen, biegen – Metall lässt ziemlich vieles mit sich machen. Doch was erstaunt, Metall lässt sich als Pulver sogar drucken. Das beweist die Bremer Materialise GmbH im Technologiepark der Universität. In ihren 3D-Druckern verarbeitet sie nicht leichten Kunststoff, sondern Aluminium und Titan. Die Technik wurde zunächst vor allem für die Herstellung von Prototypen genutzt. Doch Geschäftsführer Marcus Joppe hatte schon früh eine Vision: „Was mich persönlich gereizt hat, war, dass 3D-Druck in Zukunft in der Lage sein wird, Bauteile anders herstellen zu können.“ Dafür eignen sich die gedruckten Bauteile aus Metall.

Joppe interessierte sich schon als Student für das Thema und war zur rechten Zeit am rechten Platz. Der Informatiker arbeitete als Hilfskraft am Bremer Institut für Produktion und Logistik (Biba) mit dem Fokus auf Software für den 3D-Druck, die sogenannte Additive Fertigung. Genau hier stand in den 90er-Jahren der erste 3-D-Drucker Europas. Dessen Anblick beeindruckte auch Wilfried Vancraen, Geschäftsführer der belgischen Materialise NG, die Muttergesellschaft der heutigen Bremer Materialise GmbH ist. „Er sah den allerersten 3-D-Drucker seines Lebens und hat das Potenzial erkannt“, erzählt Joppe. Ein halbes Jahr später gründete Vancraen Materialise.

Digitaler Druck von Metall

Joppe begann 2001 zunächst mit einer eigenen Firma: Marcam Engineering. Deren Fokus lag noch ausschließlich auf der Forschung und Entwicklung von Software für den digitalen Druck von Metall. Bald ging es jedoch nicht mehr nur um Programme, sondern um die konkrete Fertigung für den Ernstfall. „Die Technologie befindet sich am Beginn der industriellen Serienfertigung. Die Bauteile aus Metall beginnen zu fahren oder fliegen.“ Um die Industrialisierung voranzubringen und Expertise auszutauschen, übernahm 3D-Spezialist Materialise 2011 Marcam.

Innerhalb der Gruppe fungiert Bremen mit 40 Mitarbeitern heute als Metall-Kompetenzzentrum. Mitte April vergrößert sich die Produktion im Bremer Informations- und Technologiezentrum (Bitz) nur ein paar hundert Meter Luftlinie vom Büro entfernt. „Wir erweitern damit unsere Fertigungskapazität auf eine Fläche von 450 Quadratmetern. Dadurch können wir noch weiter wachsen.“ Insgesamt gibt es vier Drucker für Titan und Aluminium.

In ihnen verschmilzt ein Laser Schicht um Schicht Metallpulver miteinander. Dadurch entstehen kleine Bauteile. „Es ist im Prinzip ein Schweißprozess mit Funkenflug“, sagt Joppe. Über das Pulver fährt der Laser die vorgegebene Geometrie ab und schmilzt das Metall dort, wo es gebraucht wird. „Das Entscheidende ist, dass die Schichten auf einer Plattform entstehen. Sie lässt sich wie ein Fahrstuhl absenken, damit die nächste Schicht aufgetragen werden kann.“ Im Bauraum, der in jede Richtung 250 Zentimeter misst, entsteht so nach und nach das gedruckte Bauteil aus Metall. Es liegt versteckt wie in festem Schnee in dem Raum voller Pulver.

Weltweite Nachfrage

Kunde seiner Firma sei, wer selbst mit Druckern arbeiten möchte oder die Drucker herstellt. „Wir sind für die gesamte Prozesskette zuständig – von der Entwicklung der Software und der Konstruktion der Teile bis zur Fertigung“, sagt Joppe. Nachfrage gebe es weltweit.

Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt habe das 3D-Verfahren gegenüber einer kommerziellen Herstellung Vorteile, sagt er. Digital entstünden leichtere Teile, die durch weniger Gewicht am Ende Treibstoff sparen könnten. „Das ist eins der entscheidenden Kriterien in diesem Bereich.“ Mit Airbus sei man bereits im Gespräch. Für den Einsatz der Bremer Metall-Drucke in diesem Bereich fehle derzeit noch ein Zertifikat. Der Mutterkonzern Materialise liefert aber bereits Kunststoff-Teile für den Airbus A350. Auch mit Automobilherstellern wie Audi, BMW, Mercedes und VW stehe seine Firma in Kontakt.

Schon heute werden die gedruckten Metalle als Implantate im menschlichen Körper eingesetzt. „Sie werden in schwierigen Fällen auf Basis von MRT- oder CT-Aufnahmen patientenspezifisch hergestellt. Das kann Operationen verhindern“, sagt der Geschäftsführer. Auch die Oberfläche der gedruckten Implantate könne den Heilungsprozess beschleunigen, da sie so aufgebaut sei, dass sie schneller mit dem menschlichen Gewebe verwachse. Eine Branche habe der 3D-Druck bereits revolutioniert: 99 Prozent der Hörgeräte würden mittlerweile gedruckt.

Im Gegensatz zum Fräsen oder Gießen von Metall könne man dabei das Innere eines Bauteils gestalten. „Die Additive Fertigung fügt nur dort etwas hinzu, wo es benötigt wird, und dieser Prozess wiederholt sich – wie beim Bau eines Hauses.“ Komplexität sei dabei kein Problem, erklärt Joppe, sie gebe es „umsonst“: „Dem Prozess ist egal, ob ein einfacher Würfel oder eine komplexe Geometrie gedruckt wird.“ Genau berechnet wird dabei, wo die Festigkeit hoch sein muss und wo durch Hohlräume Gewicht eingespart werden kann. Oft entstünden durch die Berechnung bionische, weiche Formen, also solche, die der Natur entlehnt sind.

Verfahren mit Zukunftspotenzial

Ein Druck kann durchaus Stunden dauern, doch in anderer Hinsicht sei die Additive Fertigung schnell: Im Vergleich zu kommerziellen Verfahren brauche man keine Hilfswerkzeuge. „Es ist ein digitaler Prozess. Sie können den Datensatz relativ direkt auf der Anlage drucken.“ So könnten sich auch schon Kleinserien von 1000 Produkten rechnen. Außerdem sei der Materialausschuss geringer. Das Pulver, das übrig bleibt, gelangt in einen Staubsauger und wird wiederverwendet.

Auch wenn die Technologie viel biete, sie bringe Herausforderungen mit sich. Derzeit sieht der Materialise-Geschäftsführer noch Nachholbedarf. „Die Designer und Konstrukteure entdecken gerade erst, was möglich ist.“ Welche Bauteile sich etwa wo eigneten, vor solchen Fragen stünden Unternehmen – auch aus Bremen.

Sich mit Firmen sowie der Wissenschaft auszutauschen, ist für Materialise wichtig. Deshalb habe man sich für den Standort im Bremer Technologiepark entschieden. „Durch die lange Historie des 3-D-Drucks in Bremen sind viele Forschungsinstitute seit Längerem in diesem Bereich aktiv.“ Neben dem Biba beschäftigten sich das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, das Bremer Institut für angewandte Strahltechnik oder das Institut für Werkstofftechnik mit der Technik. Bewusst habe man die Nähe zur Uni und damit zu potenziellem Nachwuchs gesucht. Insgesamt fehlten der Wirtschaft junge Fachkräfte, doch für Materialise ist Joppe zuversichtlich: „Das Thema hat Zukunftspotenzial.“

Kunststoff habe im Vergleich zu Metall insgesamt einen Vorsprung und sei rascher in der Industrie verwendet worden. Die Maschinenhersteller seien vor allem in Amerika ansässig. Europa und Deutschland hätten deshalb gezielt auf die nächste Generation hingearbeitet und haben sich wie Materialise spezialisiert. „Heute liegt der Marktanteil für Metalldruck-Maschinen in Deutschland bei 65 Prozent.“

Die neue Fertigungsstätte von Materialise wird am Mittwoch, 13. April, im Bitz (Fahrenheitstraße 1) eröffnet. Unternehmen können sich dort über die 3-D-Metall-Technik informieren. Anmeldung unter Telefon (0421) 9440 7430.

Der belgische Mutterkonzern

Die Materialise NG wurde 1990 gegründet und ist im Nasdaq gelistet. Der Hauptsitz des Unternehmens befindet sich in Leuven. Im vergangenen Jahr verzeichnete Materialise nach eigenen Angaben einen Umsatz von 100 Millionen Euro. Weltweit habe die Firma mehr als 1300 Mitarbeiter und damit das größte Entwickler-Team der Branche. Während in Bremen Metall verarbeitet wird, entstehen in Belgien, den USA, Polen und Tschechien 3D-Drucke aus Kunststoffen. Bei München gibt es eine weitere deutsche Niederlassung für den Vertrieb.

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