Die Zukunft des Maschinenbaus an der HAW:
3D-Druck und virtuelles Schweißen

Autoteile, Häuser, und sogar Waffen aus 3D-Druckern machen seit einigen Jahren Schlagzeilen. Die Fakultät Technik & Informatik der HAW Hamburg hat deshalb einen "3Dspace" eingerichtet, in dem Studierende 3D-Druck ausprobieren können, um die Entwicklung dieser Technik mitzugestalten.

3D-Druck ist die Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen, bei der das Material in Schichten aufgetragen und durch Erhitzung befestigt wird. Damit lässt sich nahezu jede Form nach einem Computerbauplan bauen. Der Vorteil: ungenaue Schweiß- oder Schmelzprozesse entfallen.

Da aber mittels 3D-Druck nicht jedes Material verwendet werden kann, muss für viele Metalle beispielsweise noch auf das klassische Schweißen zurückgegriffen werden. Damit sich Studierende bei diesem schwierig zu erlernenden Verfahren ausprobieren können, wurden zeitgleich an der HAW Übungsstationen installiert, an denen Studierende virtuell schweißen üben.

Dennoch ist 3D-Druck sehr teuer, da es bis vor wenigen Jahren aufwendige Maschinen brauchte. Je mehr sich aber das Verfahren etablierte, desto billiger und effektiver wurden die 3D-Drucker.
Inzwischen nutzen laut einer Umfrage des Digitalverbands Bitkom 28 Prozent aller deutschen Industrieunternehmen 3D-Druck, wie die "IT Times" berichtete.

Im 3Dspace können Mitglieder der HAW Pläne für Bauteile am PC entwickeln und sie dann direkt drucken. Der Leiter des 3Dspace, Prof. Dr. Günter Gravel, erklärt in einem Interview mit FINK.HAMBURG, was dort möglich ist und was nicht:

Mehrere PCs stehen im 3Dspace. An ihnen können Gegenstände gescannt, entworfen und kombiniert werden. Die Programme sind laut Gravel möglichst intuitiv gestaltet, damit auch Studierende ohne technisches Spezialwissen Gegenstände konstruieren können. Er nennt das "Easy Design". Damit richtet sich das Labor nicht nur an Technik-Studierende, sondern an Studierende und Lehrende aller Fachrichtungen.
Dazu kommen verschiedene 3D-Drucker. Damit sich Studierende dort ausprobieren können, ist der Raum aktuell wochentags 14 bis 17 Uhr geöffnet.

3D Space

Kamera und Beamer der Scanvorrichtung zum Erkennen von Werkstoffen. Foto: Eric Recke
Gescanntes Werkstück auf Podest. Foto: Eric Recke

An den Computern sind Programme installiert, mit denen durch wenige Klicks Baupläne von Gegenständen verändert werden können.
Bereits der Design-Prozess findet dreidimensional statt. So gewinnen die Studierenden ein Gefühl für den Gegenstand und seinen Aufbau. Diese Arbeitsweise heißt "Rapid Prototyping". Anschließend wird der Prototyp gedruckt.

Rapid Prototyping

Gedrucktes Werkstück. Foto: Eric Recke

In einem weiteren 3D-Druckverfahren werden Roboter eingesetzt, um mit sehr hohen Temperaturen Metall drucken zu können. Damit werden Bauteile möglich, die sehr fest und gleichzeitig sehr leicht sind, wie es beispielsweise im Flugzeugbau nötig ist. Am Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik (IWS) der HAW können Studierende das Verfahren ausprobieren.
Da die Verletzungsgefahr bei diesem Verfahren hoch ist, findet der Druckvorgang in einem Raum statt, der mit einer fahrbaren Schutztür verschlossen wird. Dazu müssen alle, die während des Druckens im Raum sind, Schutzbrillen tragen.
Der Druck lässt sich aber auch bequem durch die Scheibe der Schutztür oder über Monitore beobachten, die sogar auf das Innere des Druckstrahls gerichtet sind.

Roboterbasierter metallischer 3D Druck

Am IWS werden fast alle bestehenden Schweißverfahren gelehrt. Da im 3D-Druck nur bestimmte Stoffe verwendet werden können, ist die Schweißtechnik insbesondere für viele Metalle, beispielsweise in Autos oder Maschinenteilen, das geeignetere Verfahren. Am Institut wird unter anderem das laserbasierte Schweißen, das klassische Schweißen und die jüngst etablierte Übungstechnik des virtuellen Schweißens angeboten.

Laserbasiertes Schweißen

Das klassische Schweißen wird mit einem Handschweißgerät, Schutzmaske und Schutzhandschuhen gemacht. Wenn die Lehrenden dabei aber den Studierenden etwas erklären wollen, ist das aufgrund der Lautstärke nur sehr schwer möglich. Insbesondere den richtigen Winkel und den richtigen Abstand müssen die Schweißlehrlinge erst öfter üben, bevor der gewünschte Effekt eintritt.

Um in einer weniger gefährlichen Umgebung das Schweißen üben zu können, wurden virtuelle Schweißgeräte gekauft. Mit diesen können Studierende ohne laute Hintergrundgeräusche Hinweise ihrer Lehrenden verstehen. Auch der Verbrauch von Material wird dadurch reduziert.
Da die virtuellen Schweißgeräte mit echten Schweißköpfen bestückt werden, fühlt sich das Halten des Gerätes wegen des Gewichtes wie echt an. Während des Schweißens können die Kommilitonen und die Lehrenden den Schweißprozess virtuell auf einem Bildschirm mitverfolgen und direkt Rückmeldungen geben. Das Übungsprogramm ist auf verschiedene Schwierigkeitsgrade einstellbar und misst beispielsweise die richtigen Winkel und den Abstand.

Frauen und Schweißen

Der Leiter des IWS, Prof. Dr. Shahram Sheiki, wurde für die Einführung des virtuellen Schweißens an der HAW von der Claussen-Simon-Stiftung ausgezeichnet – außerdem möchte er mit seinem Konzept insbesondere Frauen einbinden. An der öffentlichen Vorführung der Geräte am 30. Mai war allerdings außer der Vizepräsidentin der HAW, Prof. Dr. Olga Burkova, keine Frau beteiligt. Shahram Sheiki ärgerte sich nach der Vorführung offen darüber.
Im Anschluss haben wir ihn gefragt, was das virtuelle vom echten Schweißen unterscheidet und ob sie bei den neuen Techniken die Selbstverpflichtung der HAW, nicht für militärische Zwecke zu arbeiten, einhalten:

Das Erkunden der 3D-Druck und Schweißtechniken macht Spaß, die Verantwortlichen wirken offen für kreative Ideen und vermitteln den Eindruck, dass auch nicht technisch Erfahrene sich im 3Dspace ausprobieren können.
Da das industrielle Schweißen weiter von großer Bedeutung für die Gesellschaft sein wird und der 3D-Druck sich mitten in der Weiterentwicklung befindet, lassen sich der 3Dspace und das IWS als Besuchstip nicht nur für Maschinenbau-Studenten empfehlen.

heb/er

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