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.
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.
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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.