Die Phase des Bastelns ist definitiv vorbei: Weil in der Anfangszeit des 3D-Drucks hauptsächlich mit Kunststoffen gearbeitet wurde, die zwar vielfältige Formen und Gegenstände ermöglichten, aber wenig Stabilität boten, war die neue Technik für die Industrie vorerst nicht besonders interessant. Zu fragil waren die Bauteile, die auf Vorlage eines computergenerierten dreidimensionalen Modells gefertigt wurden.

Mittlerweile hat sich aber einiges in der Entwicklung des 3D-Drucks getan, sodass sich nun auch Autoindustrie oder Flugzeugbranche für etwas begeistern können, was lange Zeit eher die Domäne von Hobbykonstrukteuren und Bastlern war. Inzwischen ist es möglich, Objekte in beliebiger Form mit hochfesten Verbundmaterialien zu drucken: also mit Kunststoffen, in denen Faserverstärkungen eingearbeitet sind. „Im Vergleich zu einem reinen Polymer erzielt man so eine zehn- bis 20-fach bessere Festigkeit“, sagt Hannes Oberlercher.

Der Maschinenbauingenieur und Leichtbauspezialist ist Teil eines Forschungsteams an der FH Kärnten, das sich mit der Entwicklung von Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen im 3D-Druckverfahren beschäftigt. Das grenzüberschreitende Forschungsprojekt verfügt über fünf Teilnehmer.

Das besondere an dem Projekt ist, dass mit einem sechsachsigen Roboterarm gearbeitet wird. Das ermöglicht die Herstellung von komplexen geometrischen Objekten, die mit Carbon-, Glas- oder Naturfasern verstärkt sind. Herkömmliche 3D-Drucker stoßen hier an ihre Grenzen: Weil sie aufgebaut sind wie die altbekannten Tintenstrahldrucker für Papier, zeigt ihre Düse immer in dieselbe Richtung – nach unten. So lassen sich die Fasern aber nur unzureichend in das Objekt einbringen, denn für die Festigkeit macht es einen Unterschied, aus welcher Richtung die Faser im Druckvorgang eingebettet wird. „Wir haben daher einen 3D-Druckkopf entwickelt und zusammengebaut, der in der Lage ist, selbstständig die Faser in Kraftrichtung abzulegen. So können wir auch Umwicklungen eines Bauteils machen, was dazu führt, dass er größeren Belastungen standhalten kann“, sagt Oberlercher.

Die Herausforderung dabei bestand in der Programmierung des Roboterarms, der in Laibach entwickelt wurde, aber von Villach aus gesteuert wird. Die Mühe soll sich aber lohnen: Nicht nur können solche Bauteile etwa in der Herstellung von Prothesen den Komfort erhöhen und die Kosten senken, auch senkt dieser Prozess den Materialeinsatz und steigert die mechanischen Eigenschaften: „Viele Fertigungsprozesse verursachen große Mengen an Abfallmaterial. Unsere Verbundfaserstoffe hingegen können wieder geschmolzen, recycelt oder sogar repariert werden“, sagt Oberlercher. Nach den ersten erfolgreichen Testversuchen haben sich um 50 Prozent bessere Werkstoffeigenschaften gezeigt.

Der Roboterarm steht an der Universität Ljubljana
Der Roboterarm steht an der Universität Ljubljana
© KK/FH Kärnten