Jarmoluk Pixabay COO
Bautechnik

Neue Verfahrenstechniken wie 3D Metalldruck, Atmosphärendruckplasma und Carbonbeton...

Die Weiterentwicklung von Verfahren in den Ingenieurbranchen

Es liegt in der Natur einer sich immer weiter verdichtenden, internationalisierenden Berufswelt, dass echter Erfolg in vielen Sparten nur noch darüber kreiert werden kann, dass man sich spezialisiert, Probleme richtig erkennt und zielgerichtet an ihrer Beseitigung arbeitet. Kein einfacher Job, denn wie sagte einst ein ungenannter Ingenieur: „wenn es leicht ist, wurde es bereits erfunden“. Für den folgenden Artikel möchten wir drei Verfahren aus dieser Kategorie vorstellen. Sie zeichnen sich alle dadurch aus, dass sie in höchstem Maß innovativ sind, bisherige Probleme umfassend bekämpfen – und aus all diesen Gründen sehr wahrscheinlich in wenigen Jahren zu ihren jeweiligen Sparten mit der gleichen Selbstverständlichkeit dazugehören werden, wie es der einstmals höchst-revolutionäre Roboter im Fahrzeugbau war.

3D Metalldruck

Metalurgiamontemar0 © Pixabay
3 D Druck mit Metall

Schon das „normale“ dreidimensionale Drucken ist heute aus vielen Ingenieurswerkstätten und Designstuben kaum noch wegzudenken. Ermöglicht es doch, mit vergleichsweise geringen CAD-Kenntnissen ohne große Probleme selbst hochkomplexe Dinge, die auf anderem Wege gar nicht maschinell herstellbar wären, quasi aus dem Nichts zu erschaffen – vor allem im technischen Bereich hat dies in der Produktion von Prototypen und Machbarkeitsstudien einen unschätzbaren Wert, der den Unternehmen immense Summen einspart.

Doch eben jener normale 3D Druck basiert meist auf Kunststoffen oder Kunstharzen. Das reicht aus, um wenig belastete Bauteile zu produzieren, auch in Serie. Aber es ist eben zu wenig, wenn es um die Großserienproduktion von wirklich „tragfähigen“ Dingen geht, allen voran Metall-Elementen. Dort musste bislang nach wie vor auf klassische Stanz-, Schmiede- oder Gusstechniken gesetzt werden – mit all ihren Kosten und langwierigen Arbeitsschritten. Mit der Weiterentwicklung von Lasern wird das jedoch bald der Vergangenheit angehören. Metall-Laserdruck steht mittlerweile an der Schwelle, um vom interessanten Novum für Kleinserien zum echten Großserien-Konkurrenten zu werden. Dafür sorgt ein US-Startup, das es schaffte, die bisher langsame Technik, bei der Schicht für Schicht Metallpulver aufgetragen und per Laser verschmolzen wird, entscheidend zu beschleunigen. 8200cm³ sollen die Geräte von Desktop Metal, so der Firmenname, stündlich drucken können – aus Alu, Edelstahl oder anderen Metallen. Bisherige Geräte schafften bestenfalls 15cm³/h. Damit wird das Metalldruckverfahren zu einer echten Alternative für die Serienproduktion unzähliger Teile vom Zahnrad bis zum Computerchip-Kühlgehäuse.

Atmosphärendruckplasma

Jarmoluk © Pixabay
Plasmageräte

Hinter diesem etwas sperrigen Namen verbirgt sich eine spezielle Technik: In der heutigen Industrie geht es oft bei der Oberflächenbehandlung um tausendstel Millimeter und absolute Reinheit. Und bei bestimmten Klebe- bzw. Lackierverfahren reicht eine „saubere“ Oberfläche nicht aus, um die Haftung solcher Beschichtungen zu gewährleisten. Hier braucht es praktisch Sauberkeit auf molekularer Ebene.

In diesem Bereich hat die bdtronic GmbH aus dem tauberfränkischen Weikersheim einen entscheidenden Beitrag bei der Verbesserung des atmosphärischen Plasmasystems geleistet. Das VP4 genannte Verfahren funktioniert, wie alle Atmosphärendruckplasma-Techniken, bei normalem Raumdruck. Zusätzlich jedoch wurde auf die bisher notwendigen und verlustreichen Hochspannungskabel verzichtet, sodass das gesamte System viel einfacher aufgebaut ist. Damit wird vor allem in der Industrie eine erheblich vereinfachte und wiederholgenauere Reinigung bestimmter Bauteile möglich – unverzichtbar beispielsweise für den Kfz-Bau der Zukunft und damit die Konstruktion von Elektrofahrzeugen. Dabei zeichnet sich nämlich schon jetzt ab, dass sich mittelfristig die Batteriegewichte kaum werden senken lassen. Doch Leichtigkeit ist der Schlüssel zu einer akzeptablen Reichweite, weswegen in künftigen Autogenerationen verstärkt hochfeste Kunststoffe zum Einsatz kommen werden, die durch spezielle Verfahren geklebt werden müssen. Und genau dafür ist das Atmosphärendruckplasmasystem VP4 unerlässlich.

Carbonbeton
pixabay.com © Free-Photos
Betonbrücke

Seit Mitte der 1800er zum ersten Mal eine Armierung im Betonbau verwendet wurde, hat sich Stahlbeton zum buchstäblich tragenden Fundament unserer gesamten Welt entwickelt. Vom gigantischen Dreischluchten-Staudamm in China über Kilometer-überspannende Autobahnbrücken bis zur Bodenplatte eines jeden Einfamilienhauses wird heute praktisch kein einziger Kubikmeter Beton mehr gegossen, ohne dass sich darin eine Armierung aus Eisen befindet.

Doch genau das ist auch das Problem: Eisen. Denn Beton kann zwar gigantisch hohe Druckkräfte aushalten, seine Zugfestigkeit liegt jedoch nur bei rund einem Zehntel dieses Wertes. Genau das korrigiert das günstige Eisen, indem es die Zugkräfte auffängt. Doch daraus entstehen gleich zwei Nachteile.

·     Es beginnt damit, dass Eisen schlicht und ergreifend rostanfällig ist – und zum Mischen von Beton werden enorme Mengen Wasser benötigt. Selbst unter Metern von Beton oxidiert die Eisenbewehrung, dehnt sich dabei aus, schwächt den Beton und kann mitunter diesen sogar regelrecht „aufsprengen“. Und: Um das Eisen zu schützen, wird Beton bislang wesentlich dicker gegossen, als für die vorgesehene Last eigentlich notwendig ist.

·     Eisen wird in anderen Bereichen immer wertvoller, sodass, insbesondere durch den gigantischen Betonverbrauch Chinas, mittlerweile ein Punkt erreicht ist, an dem Eisen zu kostbar wird, um es einfach in Beton zu versenken.

Beide Probleme werden künftig durch Carbonbeton beseitigt werden. Experten sprechen bei diesem Thema bereits von einer der größten Revolutionen der Architektur. Dabei werden statt dem Eisen Kohlefasern in den Beton eingelassen. Diese ertragen Zuglasten, die fünffach über denen von Eisen liegen – bei einem Viertel des Gewichts.  

Zudem kann Carbon aus jedem Stoff hergestellt werden, der Kohlenstoff enthält – und das ist beinahe alles, was uns umgibt. Und weil dieser Stoff eben auch nicht rostet, werden keine unnötig dicken Betonschichten benötigt, sondern nur solche, die der tatsächlichen Belastung entsprechen. Das ist vor allem auch deshalb wichtig weil (einmal mehr wegen China) tatsächlich mittlerweile an betontauglichem Sand ein Mangel besteht.

Auf dem Campus der Dresdner TU soll 2019 das erste Haus nach dieser Bauart entstehen und dabei durch seine Schlankheit bereits das vorwegnehmen, was der Beton der Zukunft tun wird: Vor allem sehr viel von seiner bisherigen sprichwörtlichen Wuchtigkeit verlieren.

Jetzt gratis anmelden und wir unterstützen Sie mit Informationen und aktuellen Lernangeboten!