Forschung:Windkraft-Technik aus dem 3D-Drucker

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Forschung: Das neue Gießereitechnikum wurde kürzlich eröffnet.

Das neue Gießereitechnikum wurde kürzlich eröffnet.

(Foto: Andreas Heddergott/Fraunhofer-Institut)

Im neuen Fraunhofer-Gießereitechnikum auf dem Garchinger Campus arbeiten Wissenschaftler an neuen Methoden zur Herstellung von Bauteilen. Nachhaltigkeit ist dabei ein großes Thema.

Von Irmengard Gnau, Garching

Die Forschungslandschaft in Garching ist um ein Institut reicher: Auf der Westseite des Campus hat im Oktober das Gießereitechnikum des Fraunhofer-Instituts für Gießereitechnik, Composite und Verarbeitung (IGCV) seine Arbeit aufgenommen. In dem glänzenden, rechteckigen Neubau mit Gießereihalle, Werkstätten, Laboren, Büros und Besprechungsräumen forschen insgesamt 23 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf etwa 1500 Quadratmetern an neuesten Entwicklungen bei Form- und Gießverfahren, etwa im Bereich additive Fertigung oder 3D-Druck.

In einem aktuellen Projekt wollen sie beispielsweise in Zusammenarbeit mit den Firmen GE Renewable Energies und Voxeljet einen neuen, extra großen 3D-Drucker entwickeln, der es möglich machen soll, zentrale Bauteile von Offshore-Windkraftanlagen rascher und umweltschonender herzustellen.

Forschung: Der glänzende, rechteckige Neubau beherbergt auf etwa 1500 Quadratmetern eine Gießereihalle, Werkstätten, Labore, Büros und Besprechungsräume.

Der glänzende, rechteckige Neubau beherbergt auf etwa 1500 Quadratmetern eine Gießereihalle, Werkstätten, Labore, Büros und Besprechungsräume.

(Foto: Andreas Heddergott/Fraunhofer-Institut)

Konkret soll der 3D-Drucker im sogenannten Binder-Jetting-Verfahren aus Quarzsand und dem Bindemittel Harz Formen für Metallgusskomponenten herstellen, die dann in den Offshore-Turbinen des Typs Haliade-X von GE verbaut werden. Mithilfe des Druckers sollen die bis zu 60 Tonnen schweren Formen mit einem Durchmesser von bis zu neuneinhalb Metern in nur zwei Wochen statt der bisher üblichen zehn hergestellt werden können. Da der Drucker in unmittelbarer Nähe zu den künftigen Windrädern aufgebaut werden kann, würden zudem lange Transportwege entfallen.

Das Binder-Jetting-Druckverfahren zählt zu den Schwerpunkten der Sparte Gießereitechnik des IGCV und bietet einige Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Anfertigen von Gussformen mit Werkzeugen. "Wir können verschiedenste Formen erzeugen, komplexer und spezieller als mit Werkzeugen", erläutert Steffen Klan, Hauptabteilungsleiter für den Gießereibereich. So könnten Bauteile etwa möglichst genau an die Topologie ihres Einsatzorts angepasst werden.

Wie alle Fraunhofer-Institute steht auch das IGCV dafür, aktuelle Forschungsergebnisse direkt für die Industrie anwendbar zu machen. Der Bereich Gießereitechnik ist insbesondere für die Automobilwirtschaft interessant, da hier an der Produktion von Antriebskomponenten oder Fahrwerksteilen aus Metall geforscht wird, aber auch in Zukunftsindustrien wie der Windkraft spielen metallische, gegossene Bauteile eine zentrale Rolle. Gerade Corona habe gezeigt, wie wichtig es sei, in Deutschland selbst Bauteile fertigen zu können, um nicht von ausländischen Zulieferern abhängig zu sein, sagt Klan. "Mit unseren Verfahren sind wir in der Lage, kurzfristig auch große Bauteile herzustellen."

Mit der Einweihung des Gießereitechnikums wächst der Fraunhofer-Campus auf dem Garchinger Forschungsgelände: Neben dem IGCV ist das Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC bereits in Garching angesiedelt. Bis 2024 wird noch das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme (IKS) hinzukommen. Die Nähe zu den weiteren naturwissenschaftlichen Instituten der Universität mit Tausenden Studierenden sieht Klan als großen Vorteil des neuen Standorts. "Man kann hier mit wenig Aufwand über den Tellerrand hinausschauen und hat kurze Wege", sagt er.

Zu den Zukunftsthemen zählt auch die Frage der Nachhaltigkeit. Die Gießereiindustrie verbraucht viel Energie und produziert viele schädliche Emissionen. Wie lässt sich die Verarbeitung von Metall und das Bauen mit Metall ressourcenschonender und mit weniger Energieverbrauch gestalten? Eine Antwort könnte das Stichwort Leichtbau sein. Dabei müsse man bei der Frage des Baustoffs jedoch genau hinsehen, betont Klan: "Ich kann auch mit Eisen und Stahl eine leichte Bauweise erreichen."

Ein wichtiges Ziel ist für den Forscher, künftig noch mehr auf Primärmetalle zu verzichten und stattdessen Metalle - etwa Aluminium - verstärkt wiederzuverwenden. Hier wie auch beim Emissionsausstoß werde sich in den kommenden Jahren einiges tun, sagt Klan zuversichtlich - auch um die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Gießereien zu erhalten. "Die Industrie ist sich bewusst, dass sie sich in dieser Hinsicht engagieren muss. Und auch die Kunden treiben diese Entwicklung voran. Sie fragen heute nach: Welchen CO₂-Rucksack bringen die Bauteile eines Autos schon mit?"

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