Wie aus einem Guss
Forschungsteam der TU Darmstadt setzt neue Maßstäbe in der Bauteilfertigung
11.05.2022
Der Pioneer Fund unterstützt das Forschungsprojekt „3DConFil“ am Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente der TU Darmstadt mit 100.000 Euro. Es kombiniert den Kunststoff-3D-Druck mit der flexiblen Verarbeitung von Leitungen und will so die Produktherstellung individueller, kürzer und ressourcenschonender machen.
Fertigungstechnologien werden immer komplexer, Produkte smarter und auch die Anforderungen der Kundschaft wachsen. Käufer und Käuferinnen konfigurieren heute ihre Autos nach eigenen Wünschen, intelligente Messsysteme ersetzen konventionelle Stromzähler, individuell angepasste Modelle verdrängen herkömmliche Standardkonzepte. „In allen Bereichen erleben wir heute eine zunehmende Mechatronisierung der Produkte am Markt“, sagt Kay-Eric Steffan, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt. Die Anforderungen werden individueller, die Funktionsdichte der Produkte steigt. Doch wie lässt sich diese zunehmende Vielfalt in die Herstellung der Produkte integrieren?
Genau da setzt das Förderprojekt 3DConFil an. Forschende des Fachgebiets Produktentwicklung und Maschinenelemente haben ein hybrides Verfahren samt Fertigungsanlage entwickelt, das den Kunststoff-3D-Druck mit der flexiblen Verarbeitung von Leitungen kombiniert. Das heißt, in dem so hergestellten Bauteil werden Kabel, elektronische Leitungen, Schläuche oder optische Fasern gleich integriert und miteingebaut. Die bei herkömmlichen Fertigungen aufwendige und teure nachträgliche Montage entfällt somit. „Das verkürzt die Prozesskette, spart Arbeitsschritte und Material und macht die Herstellung damit auch ressourcenschonender“, sagt Steffan, Projektkoordinator von 3DConFil.
Entwicklung eines Drucker-Prototyps
Der Projektname steht für 3DContinous Filament. Dieses Druckverfahren ermöglicht den schichtweisen Aufbau und Druck eines Bauteiles aus einem speziellen Kunststoff- oder Metallpartikelgemisch. Das Team um Professor Eckhard Kirchner hat einen Prototyp samt spezieller Software und innovativem Druckkopf entwickelt, mit dessen Hilfe die Produkte gedruckt und die nötigen Leitungen, Schläuche oder Kabel gleichzeitig „eingefädelt“ werden. Ein seitlich angebrachter Speicher mit Führungsrollen ermöglicht diese passgenaue Einfädelung.
Größe, Aussehen, Anforderungen an die Produkte sind flexibel, individuell und nach Kundenwünschen skalierbar. „Dadurch werden ganz neue Bauteile möglich“, berichtet Professor Kirchner. Kabel und Leitungen könnten damit beispielsweise auch spiralförmig eingebaut werden, was bisher eine Herausforderung ist. Die Innovation geht noch weiter: So hat das Team etwa eine zweite Fertigungsmaschine mit schwenkbarem Boden konstruiert, damit auch zusätzliche Komponenten wie Sensoren, Magnete oder Steckverbindungen künftig integriert werden können. Kirchner vergleicht das gerne mit dem Schälen eines Apfels, der gedreht werden muss, während man das Messer führt.
Wie genau die Maschinen das umsetzen können, dafür ist unter anderem Martin Schinnerl, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Technische Thermodynamik, verantwortlich. Er hat für den Prototyp von 3DConFil die Steuerungssoftware entwickelt, die als Bindeglied auch zwischen einer konventionellen Software und der Hardware geschaltet werden kann. Das macht 3DConFil kompatibel auch für die Anwendung oder Umrüstung bereits bestehender Anlagen.
Internationales Patent in Prüfung
An der Forschung zu 3DConFil waren seit 2018 auch mehrere studentische Teams beteiligt. Die Innovation ist mittlerweile durch ein deutsches Patent geschützt, ein internationales ist in Prüfung. „Wir leisten Pionierarbeit“, sind Professor Kirchner und Kay-Eric Steffan überzeugt. Der Pioneer Fund der TU Darmstadt unterstützt das Projekt mit rund 100 000 Euro. Durch die Förderung soll das Team auf vier Personen vergrößert und das Geschäftsmodell von 3DConFil gefestigt werden. Ziel ist die Marktreife bis 2024 und die Gründung eines Start-ups. Die Forscher bereiten die Anschlussfinanzierung für ihre Ausgründung durch ein EXIST-Stipendium vor. „Der Pioneer Fund schließt die Lücke von der Idee zur Gründungsförderung“, freut sich Projektkoordinator Steffan.
Hintergrund: Pioneer Fund
Das universitätsinterne Förderprogramm Pioneer Fund wurde in Kooperation mit ENTEGA NATURpur Instituts GmbH geschaffen und wird vom Innovations- und Gründungszentrum HIGHEST betreut. Mit jährlich 300.000 Euro will das Programm Innovationen unterstützen und helfen, wissenschaftliche Ergebnisse in die praktische Anwendung zu bringen.
Bereits seit 2016 wählt der Fund in der nunmehr siebten Runde Projekte für drei Programmlinien aus: Pioneers, Activator und Booster. Bis zu 18 Monate lang werden dabei Weiterentwicklungs- und Validierungsarbeiten der prämierten Vorhaben mit bis zu 135.000 Euro gefördert. Die TU Darmstadt sieht im Pioneer Fund ein wichtiges Instrument für die Weiterentwicklung von Forschungsergebnissen zu innovativen Produkten, Prozessen oder Dienstleistungen.
Das Projekt 3DConFil wird zwölf Monate lang gefördert und gehört als eines von zwei erfolgreich eingeworbenen Vorhaben der TU Darmstadt zur Programmlinie Activator.
Astrid Ludwig/sip
