Schicht für Schicht

Die erste Rapid-Prototyping-Maschine – allgemein 3-D-Drucker genannt – erblickte 1987 bei dem amerikanischen Unternehmen 3D Systems Inc. das Licht der Welt. In ihren ersten Lebensjahren druckte die Maschine nur einfache Modelle. Mit der klassischen Vorstellung eines Drucks hat das Rapid-Prototyping-Verfahren – trotz der allgemein bekannten Bezeichnung 3-D-Druck – nichts zu tun. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine additive Fertigungsmethode, der ein 3-D-Modell zugrunde liegt, das am Rechner entsteht. Schicht für Schicht werden Metalle, Kunststoffe oder auch andere Werkstoffe aufgetragen, bis das vollständige Modell produziert ist – auch Additive Manufacturing genannt.

An die FH Aachen kam das Verfahren im Jahr 2000 mit Prof. Dr. Andreas Gebhardt, Professor für Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik und Rapid Prototyping am Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik. Er ist ein Experte auf diesem Gebiet und hat das Verfahren von Beginn an mitgeprägt. Den großen Vorteil dieses Verfahrens erklärt Prof. Gebhardt: „Der schichtweise Aufbau erlaubt Geometrien, die mit keiner herkömmlichen Produktionstechnik zu erreichen sind: Hohlräume oder komplizierte Labyrinthe in abgeschlossenen Geometrien sind problemlos möglich.“ Als Prototypendrucker geboren, entwickeln sich die Rapid-Prototyping-Maschinen im Laufe der Jahre zu Druckern für individuelle und belastbare Produkte in Kleinstauflage oder gar Seriengröße. 2010 gründet Prof. Gebhardt das GoetheLab an der FH Aachen. Neun Jahre nach der Gründung tritt Prof. Dr. Sebastian Bremen in seine Fußstapfen und übernimmt 2019 die Leitung des stark gewachsenen Labors. Rund acht Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie einige wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte sind hier derzeit beschäftigt und entwickeln die Rapid-Prototyping-Maschinen weiter.

Von der Idee bis zum Produkt – das ist das Motto des GoetheLabs. Das Labor arbeitet mit Unternehmen aus der freien Wirtschaft zusammen und bringt die Forschungsprojekte anderer Fachbereiche der FH Aachen vom Computer in die Wirklichkeit. Das gilt etwa für die Kooperation im Rahmen des Projekts Infused Thermal Solutions (ITS) von Prof. Dr. Markus Czupalla am Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik. Mit Rapid Prototyping hat seine mit dem Forschungspreis prämierte Arbeit im Grunde nichts zu tun – allerdings macht das 3-D-Druck-Verfahren die ausgeklügelte Konstruktion erst möglich. Um Satelliten vor stark schwankenden Temperaturen zu schützen, wird Wachs in die hohle Wand des Bauteils gefüllt, sodass dort die Wärme gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Dieser Hohlraum in einem an sich geschlossenen Element kann nur durch das Rapid-Prototyping-Verfahren realisiert werden.

Zu den Kooperationspartnerinnen und Kooperationspartnern in der freien Wirtschaft gehören überwiegend Unternehmen aus der Automobilbranche, der Medizintechnik und dem Werkzeugbau. „Überall, wo Individuallösungen gebraucht werden oder kleine Serienprodukte erstellt werden, macht das 3-D-Drucken Sinn“, erklärt Prof. Bremen. Der größte 3-D-Drucker des Labors steht am Campus Melaten. Der X-Line 2000R Concept Laser ist ein Gigant im Rapid Prototyping. Seine gedruckten Bauteile sind aus Metall, sodass zum Beispiel ein ganzer Motorblock aus einem Stück gedruckt werden kann.