Neue Geschäftschance

3D-Druck in Industrie: Vom Christbaum zur Turbine

(Bild: Siemens)

Zwölf Jahre hegen und pflegen, Unkraut jäten, Stämme begradigen, Spitzen schneiden – bis das Bäumchen die richtige Form und Größe hat. Dann kommt die Säge zum Einsatz und macht aus einer jungen Fichte einen Weihnachtsbaum. Die Herstellung von Weihnachtsbäumen braucht viel Zeit. Wenn es schneller gehen soll, hat Olaf Rehme aus der Siemens-Forschungsabteilung in Berlin die perfekte Lösung: Er druckt Weihnachtsbäume. Seine private Experimentierfreudigkeit hat einen ernsten Hintergrund: Aus dem gleichen Material werden inzwischen mit 3D-Druckern Ersatzteile für Gasturbinen hergestellt.

Zugegeben, Rehmes Bäume sind mit nur fünf Zentimetern Höhe keine Riesen, aber sie gehören zu den härtesten der Welt. Die Druckdaten für seine Bäume bezieht der Siemens-Mitarbeiter von der Website grabcad.com, welche Bastlern Vorlagen für ihre 3D-Drucker bietet. Heimwerker drucken mithilfe der Vorlagen üblicherweise Gegenstände aus Plastik. Doch Rehme und seine Kollegen sind dem normalen Heimwerker einen entscheidenden Schritt voraus. Denn in Berlin wird nicht mit Plastik gedruckt, sondern mit hochfesten Spezialstählen. Und genau darin liegt eine erhebliche Geschäftschance für den deutschen Technologiekonzern.

Lösungen aus dem 3D-Drucker als Geschäftschance
3D-Druck gibt es seit den 80er-Jahren. Ursprünglich wurden nur schnell aushärtende Kunststoffe verwendet, die Schicht für Schicht aufgespritzt ein dreidimensionales Objekt ergeben. Perfekt, um Prototypen herzustellen, etwa Formen von Teilen, die später von klassischen Stanz- oder Spritzgussmaschinen in Masse hergestellt werden.

"Doch die Welt hat sich weitergedreht", sagt Rehme. "Inzwischen werden nicht mehr nur die Modelle und Formen für einzelne Teile hergestellt – sondern die Teile selbst. Bei Siemens drucken wir inzwischen sogar Brennerspitzen als Ersatzteile für Gasturbinen." Dabei ist das richtige Material entscheidend: Denn bei Temperaturen weit über 1.000 Grad Celsius, wie sie in Gasturbinen vorkommen, wären Plastikteile fehl am Platz. Sie würden sofort schmelzen.

Rehme druckt deshalb mit Stahlpulver, das mit einem Laser, Schicht für Schicht, "verschweißt" wird. Das Verfahren heißt in der Fachsprache Laserstrahlschmelzen. "Für Hochtemperaturanwendungen in Turbinen verwenden wir Legierungen auf Nickelbasis. Solche Stähle sind besonders stabil und hitzebeständig", sagt Rehme. Aus genau so einer nickelbasierten Legierung bestehen auch die Weihnachtsbäume, die er in diesem Jahr gedruckt hat.

Vom Experiment zur ernsthaften Anwendung
Rehm ist sich sicher: 3D-Druck könnte die Ersatzteilversorgung revolutionieren. Heute werden Ersatzteile in Massenfertigung hergestellt, gelagert und bei Bedarf einzeln verschickt. Das kann im schlimmsten Fall bedeuten, dass ein Kraftwerk oder eine Fabrik abgeschaltet werden muss, bis das dringend benötigte Ersatzteil da ist. "Künftig könnte ein Netzwerk von kleinen 3D-Druckereien Ersatzteile entsprechend eines digitalen Bauplans ausdrucken. Und zwar genau da, wo sie gebraucht werden: nahe beim Kunden", erklärt Ursus Krüger, Rehmes Chef.

Außerdem macht 3D-Druck Formen möglich, die mit anderen Produktionsverfahren schlicht nicht zu machen sind. "Im Inneren von Turbinenschaufeln gibt es beispielsweise filigrane Lüftungskanäle, die für Kühlung sorgen. Heute müssen diese Kanäle gebohrt oder gegossen werden. Doch genau dabei stoßen wir inzwischen an Grenzen. Wenn wir eine Turbinenschaufel aus einem Stück drucken könnten, ließe sie sich voraussichtlich besser kühlen", so Krüger. Eine bessere Kühlung der Schaufel würde höhere Temperaturen in der Turbine ermöglichen und damit eine höhere Effizienz. Und effiziente Turbinen verkaufen sich gut.

Echter Baum, aber Schmuck aus dem Drucker
Der weihnachtliche Spieltrieb findiger Forscher aus Krügers Team kann den Weg zu spannenden Geschäften ebnen. Doch auf einen echten Weihnachtsbaum will selbst Rehme zu Hause nicht verzichten: "Echte Bäume, aber Schmuck aus dem Drucker: Das ist genau die richtige Mischung für mich."