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3D-Druck für Raumfahrt und Industrie Von Raketen bis E-Motoren: ETH-Team baut 3D-Drucker für Multimetalle

Von Susanne Braun 2 min Lesedauer

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ETH Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
ET System electronic GmbH
Beta LAYOUT GmbH

Mit der Hilfe von Lasern verschmelzen Forschende der ETH Zürich im 3D-Druckverfahren mehrere Metalle gleichzeitig, und das in vergleichsweise kurzer Zeit. Mit dem zum Patent angemeldeten Verfahren sollen sich neue Möglichkeiten für Raumfahrt und Industrie eröffnen.

In der neuen 3D-Druckmaschine werden zwei unterschiedliche Materialien gleichzeitig auf der rotierenden Plattform vom Laser verschmolzen. (Bild: Michael Tucker / ETH Zürich)
In der neuen 3D-Druckmaschine werden zwei unterschiedliche Materialien gleichzeitig auf der rotierenden Plattform vom Laser verschmolzen.
(Bild: Michael Tucker / ETH Zürich)

Einer der größten Vorteile des 3D-Drucks liegt darin, dass nahezu jede denkbare Geometrie gefertigt werden kann, und zwar unabhängig davon, wie komplex, verschachtelt oder filigran sie ist. Während klassische Verfahren wie Fräsen, Gießen oder Spritzguss durch Werkzeuge, Formen und Bearbeitungsrichtungen begrenzt sind, entsteht beim 3D-Druck das Bauteil Schicht für Schicht direkt aus dem digitalen Modell. Das eröffnet Konstrukteuren deutlich mehr Freiheiten im Design und ermöglicht leichtere, effizientere und funktional integrierte Bauteile.

Diese Flexibilität soll sich auch in der Geschwindigkeit der additiven Fertigung widerspiegeln, befand ein Studententeam der ETH Zürich. Im Rahmen des Fokus-Projekts Rapture hat die Gruppe eine Laserschmelzmaschine entwickelt, die den 3D-Druck von Metallteilen beschleunigen und kostengünstiger machen soll.

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Das System kombiniert dabei eine rotierende Plattform mit der Möglichkeit, Pulver- und Gasdüsen während des Prozesses mitzudrehen. Dadurch lassen sich Schichten aus unterschiedlichen Materialien kontinuierlich auftragen und verschmelzen, ohne Pausen zwischen den Arbeitsschritten einlegen zu müssen. Insbesondere für zylindrische Bauteile soll sich die Maschine eignen.

Multimetall-Technologie zum Patent angemeldet

Die Maschine kann zwei verschiedene Metalle gleichzeitig verarbeiten und so Bauteile mit kombinierten Materialeigenschaften herstellen – etwa Kupfer für die Wärmeleitung im Inneren und Nickellegierungen für hitzebeständige Außenflächen. „Die Maschine kann gleichzeitig Pulver auftragen und es vom Laser verschmelzen lassen. Dadurch steigt die Produktivität deutlich. Bei den zylindrischen Bauteilen verkürzt sich die Fertigungszeit auf weniger als einen Drittel“, wird erklärt. Damit adressiert das Projekt unter anderem die Herstellung von Raketendüsen oder Turbinen, es eignet sich aber auch für weitere Anwendungen im Maschinenbau.

Das sechs Personen starke Team entwickelte den Prototyp innerhalb von neun Monaten am Labor für neue Fertigungstechnologien unter der Leitung von Professor Markus Bambach und Wissenschaftler Michael Tucker. Erste Bauteile mit bis zu 20 Zentimetern Durchmesser wurden bereits gefertigt. Für die neuartige Multimetall-Technologie hat die ETH ein Patent angemeldet; zudem ist das Projekt für den Spark Award nominiert. Künftig soll die Technologie weiter skaliert und mit Industriepartnern zur Anwendung gebracht werden. Nun wird daran gearbeitet, den Prozess auf höhere Geschwindigkeiten und größere Durchmesser zu skalieren. (sb)

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