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10.1.2017 - Melanie Öhlenbach

Wie 3D-Druck aus Bremen die Produktionstechnologie revolutioniert

Digitalisierung / Industrie 4.0

30 Jahre 3D-Druck in Bremen

Was haben Bauteile für Flugzeuge, Zahnprothesen und Nahrungsmittel für Menschen mit Kau- und Schluckbeschwerden gemeinsam? Richtig: Sie alle können im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden.

Bratenscheibe mit Gnocchi aus dem 3D-Drucker
Bratenscheibe mit Gnocchi aus dem 3D-Drucker, BIOZOON aus Bremerhaven stellen Essen mittels 3D-Druck-Technologie her © BIOZOON 2015

„Eine Person mit einer neuen Idee ist ein Spinner, bis die Idee erfolgreich ist“, sagte einst der amerikanische Autor Mark Twain. Für einen Spinner hielt man Professor Bernd E. Hirsch nicht, als er im Jahr 1987 den Vorläufer heutiger 3D-Drucker ins Bremer Institut für Produktion und Logistik (BIBA) holte. Es gab auf die Anschaffung überhaupt keine öffentliche Reaktion – obwohl es nur drei solcher Geräte in Europa gab und eines immerhin rund 450.000 D-Mark kostete. „Das Verfahren war damals so ungewöhnlich und unbekannt, dass es noch niemanden interessierte“, sagt der ehemalige BIBA-Leiter.

Hirschs Begeisterung für die neue Technik tat dies aber keinen Abbruch. Schließlich sollte sie Unvorstellbares leisten: Auf Knopfdruck aus der Vorstellung eines Konstrukteurs einen perfekt geformten Gegenstand erschaffen! Und das ohne den Einsatz von Werkzeugen oder weiteren Maschinen.

Der Ansatz, eine Idee über einen Computer sofort in ein greifbares Objekt verwandeln zu können, hat mich fasziniert.

Professor Bernd E. Hirsch, ehemaliger BIBA-Leiter

Forschungsarbeiten zu Rapid Prototyping

Mit dieser Faszination war Hirsch nicht allein. Am BIBA wurde eine Forschergruppe eingerichtet, Schwerpunkt: Rapid Prototyping, die schnelle Herstellung von Prototypen mit Hilfe der Stereolithographie. Bei diesem Verfahren wird das am Computer generierte, dreidimensionale Bild eines Gegenstands mathematisch in hauchdünne Scheiben aufgeteilt. Deren Daten werden an einen numerisch gesteuerten Laser weitergegeben, der dann Schicht für Schicht einen flüssigen Kunststoff aushärtet. „Mit dieser Fertigungsart können auch sehr komplizierte Bauteile mit Hinterschnitten und Hohlkörper mit komplexen Geometrien gefertigt werden“, sagt Professor Dieter H. Müller, ehemaliger Leiter im BIBA.

Drei Jahrzehnte nach Anschaffung des ersten 3D-Druckers hat die Technik den Sprung aus dem Forschungslabor in die Anwendung geschafft. Spezialisierte Drucker können neben diversen Kunststoffen nun auch Kunstharze, Keramik und sogar Metalle im additiven Verfahren verarbeiten.


Luft- und Raumfahrt bringen 3D-Druck voran

Aus Sicht von Branchenkennern gilt der Standort Bremen nach wie vor als führend, wenn es um Weiterentwicklung und Produktion geht.

Bremen ist ein wichtiger Standort für die Luft- und Raumfahrtbranche, die ein wesentlicher Treiber für die Industrialisierung des 3D-Drucks ist. Insbesondere die Möglichkeiten der Gewichtsersparnis von 3D-gedruckten Bauteilen ist für diese Branche ein wesentlicher Motivationsfaktor.

Hannes Freiße, Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS)

Er ist Leiter der Gruppe Oberflächentechnik am Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS), das sich unter anderem mit dem 3D-Druck von Metallen für den Werkzeug- und Maschinenbau beschäftigt und die Haltbarkeit von additiv gefertigten Bauteilen erforscht.

Additiv gefertigte Turbinenschaufel
Aus Pulver geboren: additiv gefertigte Turbinenschaufel © Fraunhofer IFAM

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) betreibt hauptsächlich Prozess- und Materialentwicklung für metallpulverbasierte 3D-Druckverfahren. Spezieller Schwerpunkt ist dabei das Verhalten des Metallpulvers im Prozess und dessen Qualitätssicherung. „Das Fraunhofer-IFAM hat mittlerweile über 40 Jahre Erfahrung im Umgang mit metallischen Pulvern und deren Anwendung in verschiedenen Fertigungsprozessen. Pulverbasiertes 3D-Drucken gehört also fast zwingend dazu“, sagt Claus Aumund-Kopp, Projektleiter für den Bereich Pulvertechnologie und Generative Fertigung.

Auch das Unternehmen Materialise beschäftigt sich in Bremen mit Metall-3D-Druck. Der Software- und Fertigungsspezialist stellt in seinem Werk im Bremer Innovations- und Technologiezentrum (BITZ) Prototypen und Serien in Titan und Aluminium her – Materialien, die vor allem im Automobil- und Maschinenbau sowie in der Luft- und Raumfahrt gefragt sind. Die Pionierarbeit am BIBA und die Entwicklung von Materialise verbindet eine Erfolgsgeschichte: Firmengründer Wilfried Vancraen sah dort den ersten 3D-Drucker; Geschäftsführer Marcus Joppe entwickelte dort bereits als wissenschaftlicher Mitarbeiter eine umfassende Software für die ersten Metall-3D-Druck-Verfahren.

3D-gedrucktes Querlenkerteile aus Titan für den elektrischen Rennwagen KP&T IM/e
3D-gedrucktes Querlenkerteile aus Titan für den elektrischen Rennwagen KP&T IM/e © Materialise GmbH

Zahnprothesen und Essen aus dem 3D-Drucker

Im Bremer Technologiepark hat auch die BEGO Firmengruppe ihren Stammsitz. Das mittelständische Unternehmen ist einer der international führenden Spezialisten im Bereich der Dentalprothetik und Dentalimplantologie. Zahntechnikern, Zahnärzten und Implantologen bietet das 1890 gegründete deutsche Traditionsunternehmen innovative Geräte, Instrumente, Werkstoffe, Implantate, Dienstleistungen und Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von Zahnersatz. Als Pionier von CAD/CAM-Lösungen für digitale Prozesse versteht sich BEGO als wichtiger Innovationstreiber der Dentalbranche, der sein marktführendes Know-how durch zahlreiche Patente unterstreicht. Im Rahmen der IDS 2015 brachte BEGO als erstes Unternehmen der Dentalbranche das mit und für Dentallabore entwickelte 3D-Druck-System Varseo auf den Markt, das bereits mehrfach ausgezeichnet wurde. Das System bietet die Möglichkeit zur schnellen, einfachen und kostengünstigen Fertigung unterschiedlichster Versorgungen aus Kunststoffen direkt im Labor.

Im Bereich Lebensmittel sorgt derzeit die Firma Biozoon für Aufsehen. Das Unternehmen aus Bremerhaven will 3D-Drucker nutzen, um pürierte Lebensmittel für Menschen mit Kau- und Schluckbeschwerden wieder in Form zu bringen. Bislang geschieht dies in Handarbeit mit Hilfe von Silikonformen und Geliermittel. Das Jet-Printing Verfahren, das wie ein Tintenstrahldrucker funktioniert, soll eine industrielle Fertigung großer Mengen Smoothfood ermöglichen. Und nicht nur das:

Mit Hilfe des 3D-Drucks wird die Lebensmittelherstellung individuell. Notwendige Nährstoffe wie Proteine und Vitamine könnten dem jeweiligen Gericht einfach während dem Druck zudosiert werden.

Sandra Forstner, Projektmanagerin für den Bereich Forschun und Entwicklung, Biozoon GmbH

Und wie sieht es in der Wiege des 3D-Drucks in Bremen aus?

Auch dort sind 3D-Drucker weiterhin im Einsatz, zum Beispiel zur Fertigung von Prototypen für filigrane Werkzeuge für Mikrobauteile im Sonderforschungsbereich 747 der Universität Bremen. „Aktuell setzen wir am BIBA den 3D-Druck zur Unterstützung unserer Forschungsarbeiten ein“, sagt Stephan Oelker, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Data Analytics und Prozessoptimierung. „Aus produktionstechnischer Sicht bleibt das Thema für uns interessant, und wir werden es auf jeden Fall im Auge behalten.“


Selbst 3D-Druck testen? Das geht im FabLab Bremen, mehr dazu in unserem Artikel "3D-Druck selbst ausprobieren: Im FabLab Bremen kann jeder Industrie 4.0-Technologien kennenlernen"

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Das Bildmaterial ist bei themengebundener Berichterstattung und unter Nennung des jeweils angegebenen Bildnachweises frei zum Abdruck.

Foto 1: Bratenscheibe mit Gnocchi aus dem 3D-Drucker, BIOZOON aus Bremerhaven stellen Essen mittels 3D-Druck-Technologie her © Biozoon 2015

Foto 2: Aus Pulver geboren: Additiv gefertigte Turbinenschaufel © Fraunhofer IFAM

Foto 3: 3D-gedrucktes Querlenkerteile aus Titan für den elektrischen Rennwagen KP&T IM/e © Materialise GmbH


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