Nicht nur für Maschinenbauer

Hochschulen unter 3D-Druck

Von Deike Uhtenwoldt
 - 10:36

Die Pinnwandnadel im Büro von Professor Günther Gravel steht mächtig unter Druck: 16 Flyer hielt sie schon zusammen, als zuletzt auch noch die „17. Fachtagung Rapid Prototyping“ an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) hinzukam. „Wir haben den 3D-Druck schon lange als Technik gesehen, mit dem man schnell Prototypen als Anschauungsteile erstellen kann“, erklärt Gravel das langjährige Engagement seiner Hochschule in Sachen Rapid Prototyping, auch 3D-Druck genannt. Genauso lange hat der studierte Maschinenbauer auch die Professur für Produktionstechnik an der HAW inne. Er arbeitet an einem Zukunftsthema – aber sind die Hochschulen über Einzelbeispiele hinaus wirklich schon bereit für diese Zukunft?

Alternativ hätte Gravel vor 17 Jahren auch ein Labor für Hydraulik leiten können. Aber da gab es diese alte Uhr an der Wand, die wohl schon länger stehengeblieben war – und die für den früheren Messtechniker zum Symbol wurde: „Ich wollte etwas Neues entwickeln.“ Mit der Zeit gehen, das heißt für ihn: Jeder angehende Maschinenbauer lernt den 3D-Druck in einer Laborübung kennen; wer mehr will, vertieft im Master den Bereich „Additive Manufacturing“, der über die Fertigung von Prototypen hinausgeht und Gebrauchsteile durch Schichtbauweise herstellt. Und für alle Interessierten gibt es die Fachtagung, die Praktiker und Talente zusammenbringt. „80 Prozent der Tagungsbesucher kommen aus der Industrie, 20 Prozent sind Studenten“, sagt er.

Damit noch mehr von ihnen mit der innovativen Technik in Kontakt kommen, hat Gravel eine neue Idee entwickelt. Seit dem Sommersemester gibt es an der HAW einen „3D-Space“: Das sind drei benachbarte Räume, ausgerüstet mit vier unterschiedlichen 3D-Druckern und studentischen Hilfskräften. „Offen für die Ideen und Vorhaben von 6 500 Studierenden, geöffnet an fünf Tagen die Woche jeweils für fünf Stunden“, sagt der frühere Gesellschafter einer Messtechnikfirma, der auch die Selbstorganisation der Studierenden fördern will. „Man hat eine Idee, man denkt digital und überträgt das Digitale in das Körperliche – und wenig später hält man seine Idee in den Händen“, zählt Gravel die Vorteile des additiven Verfahrens auf und warnt zugleich alle, die sich hier einfach nur ausprobieren wollen: „Das ist kein Spielzeug.“

„Es geht darum, neu zu konstruieren“

Vor allem wird es schnell langweilig, wenn man nur nachdruckt, was andere programmiert haben: „Es geht darum, neu zu konstruieren, unkonventionell zu denken und seinen eigenen Datensatz zu erstellen“, sagt auch Martin Kreymann, Projektleiter am „3D-Kompetenzcenter Niederrhein“. Es verbindet die Hochschulen Rhein-Waal, Ruhr West und RWTH Aachen, die ähnlich wie die HAW Hamburg jeweils eine Werkstatt aus Druckern, Scannern und Lasercuttern für selbstentworfene Produkte vorhalten. Allerdings steht diese nicht nur Studierenden offen, sondern auch der örtlichen Wirtschaft und interessierten Tüftlern, vom Schüler bis zum Pensionär. Das „Fab-Lab“ ist nicht untereinander, sondern nach einem Konzept des berühmten Massachusetts Institute of Technology (MIT) global vernetzt.

„Unsere Dateien werden von anderen Universitäten bearbeitet, verbessert und zurückgeschickt“, erklärt Kreymann das Prinzip, das eine einheitliche Grundausstattung und offene Softwareprogramme voraussetzt – und immer weitere Kreise zieht. „Weltweit sind es 1100 Fab-Labs, in Deutschland 48 – dreimal so viel wie noch vor zwei, drei Jahren“, sagt Kreymann. Das erste Labor entstand 2009 an der RWTH Aachen, aber insgesamt werden die Werkflächen häufiger von Vereinen aus der sogenannten Maker-Bewegung – technikbegeisterten Tüftlern – betrieben als von Hochschulen. Das 3D-Kompetenzcenter Niederrhein hat daher auch eine besondere Mission: Es will den 3D-Druck stärker in der Lehre verankern.

„Das ist noch keine Technologie, die selbstverständlich ist, aber viele Anknüpfungspunkte bietet“, sagt Kreymann. An der Hochschule Rhein-Waal betreffe das vor allem die Fakultät Kommunikation und Umwelt, zu der auch die Studiengänge „Digital Media“, eine Kombination aus Design und Informatik, „Mobility and Logistics“ und „Usability Engineering“ zählen: „Wir sind gerade dabei, den 3D-Druck in diesen Studiengängen zu verpflichtenden Modulen zu machen“, so der Projektleiter. Denn der 3D-Druck ist mehr als ein Mittel zur schnellen und individuellen Fertigung. Und er betrifft auch nicht nur Produktionstechniker, Maschinenbauer oder Medizintechniker.

„Ich bin begeistert von den Möglichkeiten der Technik“

Vielmehr verändert die Technologie konventionelle Fertigungsprozesse – und damit Berufe. Etwa in der Logistik. „Nehmen wir mal das Innenleben einer Waschmaschine – fast alles Plastik“, sagt Kreymann. „Bisher müssen die Teile in Ersatzteillagern vorgehalten werden. Aber in naher Zukunft hat der Handwerksbetrieb die Daten und druckt sich aus, was benötigt wird.“ Damit die Logistik auch zukünftig gefragt sei, müsse sie ihre Lagerhaltung anpassen, etwa eigene Fertigungsservices anbieten. In der Regel sehen Studierende das positiv: Digitale Fertigungstechniken üben eine Faszination aus – auch jenseits technischer Studiengänge. Der promovierte Germanist Kreymann ist dafür ein Beispiel: „Ich bin begeistert von den Möglichkeiten der Technik.“

Bisweilen sind diese schwindelerregend: „Ein 3D-gedrucktes Ohr auf der Basis von Spinnenseide“ – damit macht der neue Studiengang „Biofabrication“ an der Universität Bayreuth auf sich aufmerksam. Er will zehn bis zwanzig ausgewählten Materialwissenschaftlern oder Ingenieuren das 3D-Drucken von Material in Kombination mit lebenden Zellen vermitteln, Biotinte genannt. Bayreuth verzeichnet mit dem Druck von Spinnenseidenproteinen für Herzgewebe schon erste Erfolge. Allerdings könne es bis zum transplantationsfähigen Herzen aus dem 3D-Drucker noch Jahrzehnte dauern, sagt Biomaterialforscher Thomas Scheibel. „Der momentane Fokus liegt auf dem Ersatz von geschädigten Gewebestücken, sei es bei der Haut, bei Nerven oder inneren Organen wie dem Herzen.“ Aber selbst die benötigten noch Jahre, bevor sie im Operationssaal landeten – die Zulassungsverfahren für medizinische Produkte sind langwierig.

Sicherheits- und Normvorschriften sorgen auch in anderen Bereichen dafür, dass aus Forschungserfolgen nicht über Nacht Markterfolge werden. „Auch Kosten und Funktionalität müssen stimmen“, sagt Ulrich Knaack vom Institut für Statik und Konstruktion an der TU Darmstadt. Der Professor für Fassadentechnik forscht seit zehn Jahren an additiven Herstellungstechnologien im Bauwesen weit über den üblichen Betondruck oder das werbewirksame Plastikhaus in Dubai hinaus. „Jedes Haus ist anders. Individuelle, flexible Formen sind gefragt und 3D-gedruckte Ziegel eine Antwort darauf.“ Warum nicht mal runde Ziegel produzieren, Keramik und Kunststoff mischen oder erst die Fassade scannen, bevor passende Halterungen gedruckt werden? In dem 3D-Forschungsverbund an der TU experimentieren Knaacks Kollegen zudem mit Werkstoffen wie Stahl und Glas.

„3D-Druck ist sexy“

Der 3D-Druck verändert die Lehre, ist der Professor überzeugt. Die Fakultät Bau- und Umweltingenieurwesen bildet rund 3000 Studierende aus. Bisher befassen sich pro Semester rund 10 bis 20 Masterarbeiten mit dem 3D-Druck im Bauwesen und besuchen vielleicht 50 Studierende entsprechende Seminare – Tendenz steigend: „3D-Druck ist sexy.“ Vor allem, wenn man das Verfahren nicht länger nur mit Plastikprint gleichsetzt. „Das ist ein polemischer Begriff, er klingt nach Hobby“, findet zumindest der Mechatroniker Johannes Rudolph. Der wissenschaftliche Mitarbeiter der TU Chemnitz spricht lieber von Multi-Materialdruckern. Wenn diese sowohl metallische als auch keramische Pasten schichtweise in Form bringen und bei hohen Temperaturen verdichten, kann man damit ganze Elektromotoren herstellen.

Genau daran arbeiten Rudolph und sein Forscherkollege Fabian Lorenz. Ihre geplante Ausgründung aus der TU Chemnitz soll auch das Potential des 3D-Fertigungsverfahrens für Konstruktionen zeigen. Als der Wissenschaftler kürzlich seine Forschung auf der Hannover Messe vorstellte, war er in guter Gesellschaft: Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung in industrielle Prozesse zu übertragen ist auch das Ziel des 3D-Druck-Netzwerks Hamburg. Es verbindet Unternehmen und Wissenschaftler, darunter Günther Gravel, aber auch Claus Emmelmann, der vor neun Jahren das Laser-Zentrum Nord gründete und es inzwischen in das neue Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologie überführte.

Es bildet jährlich rund 80 angehende Maschinenbauer, Wirtschaftsingenieure oder Medizintechniker der benachbarten Hochschulen zwischen Lüneburg und Lübeck aus. Sie forschen und lernen an Maschinen, die mehrere hunderttausend Euro kosten und daher den meisten Universitäten vorenthalten bleiben. Dabei ist das dreidimensionale Laserschweißen von Metallen der Erfolgsschlager im 3D-Druck und zum Beispiel schon im Flugzeugbau angekommen. Hier ist Gewichtsreduktion in Verbindung mit Funktionalitäten wie Steifigkeit oder Schwingungsdämpfung gefragt. Das war in den vergangenen Jahren auf einer Fachtagung „Rapid Prototyping“, auf der Emmelmann Stammgast ist, auch schon Thema. Die Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo ist schon fünf Jahre länger Austragungsort als die HAW – 22 Flyer hat sie schon in Umlauf gebracht. Günther Gravel nimmt’s gelassen.

Quelle: F.A.Z.
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