Über eine Million Euro Förderung für 3D-Druck-Forschung

Prof. Dr. Ingo Reinhold mit einer Probedruckmaschine für industrielle Inkjet-Technologien (Foto: Immo Fattroth/HTWK Leipzig)

Bereits zum zweiten Mal erhält die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) eine Großgeräteförderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG): Nach der Finanzierung von Großgeräten für die Werkstoffforschung gibt es ab Januar 2024 rund 1,2 Millionen Euro für Technik zur Erforschung des 3D-Drucks. Zu den neuen Geräten gehören zwei 3D-Drucker und ein Analyse-Gerät. „Damit können wir neue hybride Werkstoffe und Bauteile von der Fertigung im 3D-Drucker über die Charakterisierung der werkstofftechnischen Eigenschaften bis hin zur Erprobung in Demonstrator-Bauteilen umsetzen“, sagt Ingo Reinhold, Professor für Beschichtungsprozesse an der HTWK Leipzig.

Mit der Förderung stärkt die Hochschule ihre jahrelange Expertise im Bereich der additiven Fertigung. Bei diesem Verfahren werden Materialien wie Polymere, Zellkulturen, Hydrogele oder Metalle Schicht für Schicht aufgetragen, um dreidimensionale Gegenstände zu erzeugen. Andere gängige Bezeichnungen sind 3D-Druck oder englisch „additive manufacturing“. Der 3D-Druck findet in zahlreichen Lehr- und Forschungsbereichen der HTWK Leipzig Anwendung, darunter im Maschinenbau, im Leichtbau, in der Druck- und Verpackungstechnik, in der Architektur, im Bauwesen sowie in der Elektro- oder Energietechnik.

„Der Vorteil des 3D-Drucks im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren resultiert aus seiner Multifunktionalität, die in einem einzigen Fertigungsschritt umsetzbar ist. Nahtlos können mehrere Materialien miteinander gedruckt werden, die verschiedene Eigenschaften und Funktionen kombinieren und die Produkte somit ‚smart‘ machen“, so Reinhold, der das Förderprojekt verantwortet und mehr als 15 Jahre Expertise aus der Inkjet- bzw. Tintenstrahl-Technologie einbringt.

Moderne Forschungsgeräte für den 3D-Druck

Konkret gehört zu den neuen Großgeräten ein 3D-Drucker mit Powderbed-Fusion/IR-3D-Drucksystem. Dieser kann verschiedene Pulver und Tinten durch Wärmestrahlung miteinander verschmelzen und neben der mechanischen Funktion des Bauteils auch lokal Eigenschaften definiert verändern. So können Forschende beispielsweise mit Nanopartikeln elektrische Leiter oder Sensorik in mechanische Strukturen einbringen.

Ein weiterer 3D-Drucker ist für medizinische Anwendungen vorgesehen. Er ermöglicht das Drucken komplexer Materialkombinationen in Pastenform, die über die verschiedenen Druckköpfe eingespeist werden. Biomedizinerinnen und Biomedizinern erlaubt das Verfahren zum Beispiel, Knochenimplantaten Arzneimittel beizugeben, damit diese vom Körper besser angenommen werden.

Mit einem weiteren Großgerät, dem Präzisionsrheometer, analysieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Fluss von Pulvermaterialien, um die Geschwindigkeit und Präzision der Prozesse weiter zu optimieren.

Forschungsbereich Multimaterial-Additive-Manufacturing

Die neuen Großgeräte sind im Forschungsbereich Multimaterial-AM angesiedelt. AM steht für „additive manufacturing“. Hier werden fakultätsübergreifend Forschungsideen generiert, Synergien identifiziert und die Nutzung der Geräte für interessierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der HTWK Leipzig sowie für Externe ermöglicht. Zum Forschungsbereich gehören neben Reinhold als antragsverantwortliche Personen auch Prof. Fritz Peter (Werkzeugmaschinen und Fertigung), Prof. Lutz Engisch (Werkstoffe), Prof. Paul Rosemann (Werkstofftechnik) und Prof. Faouzi Derbel, Faouzi (Smart Diagnostik und Online Monitoring).

Zudem verbindet der Forschungsbereich Multimaterial-AM das fakultätsübergreifende Kompetenzzentrum für Werkstoffforschung, das u.a. von Prof. Robert Böhm geleitet wird, mit dem Institute for Printing, Packaging und Processing (iP3) an der Fakultät für Informatik und Medien, das bereits seit Jahren die Anwendung additiver Fertigungsverfahren im Rahmen der klassischen Druck- und Verpackungstechnik erforscht. Im Bereich der Werkstoffforschung konnte bereits in der ersten Förderung der DFG-Großgeräteaktion eine Förderung von rund einer Million Euro eingeworben und davon ein Rasterelektronenmikroskop und ein Computertomograph beschafft werden.

Prof. Dr. Mark Mietzner, Rektor der HTWK Leipzig: „Die HTWK Leipzig hat als forschungsstarke Hochschule in den vergangenen Jahren immer wieder neue Drittmittelrekorde eingeworben, zuletzt 2022 mit insgesamt 21,12 Millionen Euro. Deshalb freut mich die zweite Förderung innerhalb der DFG-Großgeräteaktion umso mehr, denn so kann das neue Jahr bereits mit einer ganz besonderen Erfolgsmeldung beginnen. Insbesondere freut es uns, dass wir als Hochschule für Angewandte Wissenschaften unsere DFG-Förderungen ausbauen können und unsere Leistungen auf dem Gebiet des 3D-Drucks entsprechende Anerkennung erfahren.“

Prof. Dr. Faouzi Derbel, Prorektor für Forschung und Nachhaltigkeit der HTWK Leipzig: „Die zweite DFG-Förderung von Großgeräten freut uns sehr. Die neuen Geräte im Forschungsbereich Multimaterial-AM können dazu beitragen, das Ingenieurwesen zu transformieren, ähnlich wie es beispielsweise der Einsatz von KI oder Big Data machen kann, denn additive Fertigung hat das Potenzial, mit neu kombinierten Materialien gänzlich neue Lösungen zu erschaffen.“

Hintergrund zur DFG-Förderung

Mit der Förderung unterstützt die DFG Hochschulen für Angewandte Wissenschaften, indem sie die vorhandene Geräteinfrastruktur ergänzt und vorhandene Forschungsschwerpunkte gezielt fördert. In der dritten und damit letzten Ausschreibungsrunde wurden in einem Begutachtungsprozess der DFG aus 65 beantragenden Hochschulen lediglich 16 für die Förderung ausgewählt. Unter diesen ist neben der HTWK Leipzig mit zwei 3D-Druckern und einem Analyse-Gerät eine weitere Hochschule des Saxony⁵-Transferverbundes: die Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, die ihr Verbundlabor „Umweltverhalten von Polymeren in Boden-Gewässer-Vegetationskompartimenten“ stärken wird.

Der Beitrag erschien zuerst auf der Webseite der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig.

veröffentlicht am 19.01.2024, von Dr. Franziska Böhl