Ingenieure des Fraunhofer IFAM und Partner aus Moritzburg haben gemeinsam eine Gasturbine für ein Kraftwerk größtenteils mit einem 3D-Drucker hergestellt. Damit wollen sie die Möglichkeiten zeigen, die Kombinationen aus verschiedenen neuen Technologien ergeben. Wir werfen einen Blick auf die Entstehung.

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Das Herz eines Kraftwerks, die Dampfturbine, wurde von einem Team aus Fraunhofer– Ingenieuren und Partnern aus Moritzburg zu großen Teilen mit industriellen 3D-Druckern hergestellt. Lediglich wenige Kleinteile und die Welle fertigte man laut einer Pressemitteilung klassisch an. Der Nachbau im Maßstab 1:4 dieser Siemens-Turbine wird nicht in Serie gehen. Die Arbeit soll viel mehr zeigen, was mit 3D-Druck alles möglich ist. 2017 gelang Siemens ein Durchbruch bei Gasturbinenschaufeln aus dem 3D-Drucker.

Deutliche Reduzierung der Einzelteile

Eine traditionelle Turbine besteht aus rund 3000 Einzelteilen. Die neue, 3D-gedruckte Variante benötigt nur noch 68 Bauteile aus Stahl, Titan und Aluminium, wie Projektleiterin Marie Jurisch vom „Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung“ (Ifam) erklärt. Das spare an Montageschritten und Zeit.

Möglich ist das, da industrielle 3D-Drucker auch komplexe Strukturen herstellen können, die man sonst einzeln aufwendig zusammenschweißen und schrauben muss. Mit industriellen 3D-Druckern lassen sich Hightech-Legierungen verarbeiten, die man sonst kaum fräsen oder schmieden kann.

Modell einer Gasturbine
Die Arbeit an der Gasturbine soll zeigen, was mit 3D-Druck alles möglich ist (Bild © Fraunhofer IFAM Dresden).

» Additive Manufacturing: Diese Turbinen stammen aus einem 3D-Drucker

Elektronenstrahlen und Laser

Das Fraunhofer-Team erledigte die Arbeit mit dem Elektronenstrahl-3D-Drucker. Teilchenstrahlen schmelzen dabei Metallpulver auf und formen nach einem Computermodell das Gehäuse für die Turbine und verschiedene Titan-Bauteile. Mithilfe des Laser-3D-Drucks wurden die inneren Turbinenstufen und weitere Komponenten von den Experten von der Moritzburger H+E-Produktentwicklung GmbH hergestellt. Laser-3D-Drucker eignen sich für bestimmte Materialien und Metallpulver besser als Elektronenstrahl-3D-Drucker.

Die Kombination aus Laser-3D-Druck, Elektronenschmelzverfahren und klassischen Techniken wie Drehen, Fräsen, Schmieden eignet sich zum Beispiel für die Luftfahrt, die Medizintechnik und andere Bereiche, wo anspruchsvolle Legierungen geeignet sind.

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