Metall ist hart und lässt sich nicht so leicht verbiegen. Deshalb war die Arbeit des Schmieds in der Regel etwas für starke Kerle und auch ihre Erben in Maschinenform mussten bei der Bearbeitung von Metall einen enormen Kraftaufwand vollbringen. Schließlich wurden die Teile aus massiven Metallblöcken geschnitten. In Zukunft wird aber die Fertigung von metallischen Werkteilen womöglich viel leichter von der Hand gehen: 3D-Druck macht es möglich.

Bislang wurde der 3D-Druck noch vor allem zur Herstellung von Kunststoffteilen genutzt – inzwischen entstehen auf diesem Weg aber auch immer häufiger Metallteile, die gerade in Sachen Komplexität und Leichtigkeit Produkte aus der traditionellen Produktion bei weitem übertreffen.

Pulver statt Blöcke

Bislang schnitten im 3D-Metalldruck meist Laser aus einem einzelnen massiven Metallblock. Diese Methode gehört aber womöglich bald schon wieder der Vergangenheit an. Bei dem sich in der Industrie zunehmend verbreitenden Selektiven Lasersintern (SLS) werden Bauteile nicht mehr aus einem Block, sondern aus vielen einzelnen winzigen Partikeln – nämlich aus Metallpulver – gefertigt.

Das Prinzip, so technisch komplex es auch ist, kann schnell erklärt werden: Wurde die Entwurfsdatei einmal vom Computer verschickt, legt der Drucker los: Die Pulverrolle trägt aus dem Bauraum vor jedem Konstruktionsschritt eine neue Schicht Metallpulver auf, das dann vom Drucker verarbeitet wird. Der Drucker schmilzt und verfestigt mithilfe eines Lasers das Pulver an den vom Design vorgegebenen Stellen.

Die Cloud als Ersatzteillager

Dieser Vorgang wird Schicht um Schicht so lange wiederholt, bis die Konstruktion abgeschlossen ist. Anschließend wird es vom übriggebliebenen Pulver gereinigt und einer Wärmebehandlung ausgesetzt, im Bedarfsfall noch lackiert und von Stützstrukturen befreit. Nun hält der Produzent ein Bauteil aus Metall in den Händen, für das es auf traditionellem Weg eines erheblich größeren Material-, Kraft- und Zeitaufwand benötigt hätte.

Möglich wird damit auch die Einzelfertigung von Teilen – etwa für Reparaturaufgaben. In der auf Massenproduktion ausgerichteten Metallindustrie ist das bislang aus ökonomischen wie technologischen Gründen nicht möglich gewesen. Das könnte somit auch den Umgang mit Ersatzteilen radikal verändern.

Denkbar ist, dass solche Bauteile nicht mehr im Lager auf ihren Einsatz warten, sondern lediglich als Entwurf in der Cloud gespeichert und bei Bedarf ausgedruckt werden. Anstatt wochenlang warten zu müssen, dass ein Ersatzteil eintrifft, könnten dann Unternehmen und Werkstätten weltweit das Bauteil schnell und günstig selbst produzieren.

Präzisionsinstrument Laser

Kann ein auf diesem Weg produziertes Teil auch qualitativ mithalten? "Gut Ding will Weile haben", hört man schließlich auch in der Produktion immer wieder. Was schneller fertig ist, steht schließlich immer auch im Verdacht, von geringer Qualität zu sein. Durch die Präzisionsarbeit des Lasers lassen sich beim 3D-Metalldruck aber Teile erstellen, die in ihrer Komplexität und Finesse von Menschenhand oder herkömmlichen Maschinen nicht produziert werden können.

Das macht dieses Verfahren für viele Industriezweige zum Beispiel für die Bionik interessant. Auf diesem Feld wird versucht, effiziente Strukturen aus der Flora und Fauna in die Technologie zu übertragen. In vielen Fällen war die Natur bislang immer der eindeutig bessere Konstrukteur, sodass dieser Transfer aufgrund von zu ungenauen technischen Produktionsformen häufig scheiterte.

Im Zusammenspiel von punktgenau arbeitenden Lasern mit bis auf die kleinsten Partikel genau abgemischten Pulverlegierungen sollte diese Übertragung aber bald noch viel häufiger gelingen.

Gutes Pulver als Basis

Der Hase liegt hier somit nicht im Pfeffer, sondern im Pulver, das auf unterschiedlichem Weg hergestellt werden kann. Etwa entstehen Metallkörner, wie jedes andere Pulver auch, indem sie gemahlen werden. Dazu wird das Metall in speziellen Metallmühlen zu Pulver zermalmt. Eine weitere Möglichkeit ist, das Metall mithilfe von Druckgas zu verdüsen. Aber nicht nur auf physischem, auch auf chemischem Weg ist durch verschiedene Verfahren eine Pulverisierung möglich.

Um hochwertige Werkstoffe aus Metallpulver fertigen zu können, bedarf es beim Mischen aber besonderer Sorgfalt. Falsch kombinierte Grundstoffe oder bereits nur einzelne wenige kontaminierte Partikel unter den Milliarden Körnern, die bereits in einem Kilogramm Pulver stecken, können die Qualität des Baustoffs erheblich mindern.

Zudem kommt es bei der Produktion auch auf gute Fließeigenschaften, die optimale Partikelform und eine dichte Verpackung an. Aber wenn diese Faktoren bei der Mischung alle berücksichtigt wurden, bekommt man den Stoff, aus dem exzellente 3D-Druckbauteile geschaffen sind.