3D-Druck mit Sand soll umweltfreundlichere Gießereitechnik ermöglichen

Während 3D-Druckverfahren für Kunststoffe und mittlerweile auch für Metalle grundsätzlich etabliert sind, ist außerhalb der Fachwelt weitgehend unbekannt, dass man dreidimensionale Formen auch aus Sand drucken kann. Beim sogenannten Binder-Jetting-Verfahren legt ein Drucker Sandschicht um Sandschicht von nur 0,24 mm Dicke übereinander und bedruckt diese lokal mit einem speziellen Binder entsprechend der gewünschten Geometrie. Im Anschluss härtet das Produkt in einer Mikrowelle aus, bis erstaunlich belastbare Figuren entstehen. Das Fachgebiet Gießereitechnik unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Martin Fehlbier will das Verfahren nutzen, um Gießformen und Gießkerne zu drucken und für den Guss von Metallen nutzbar zu machen. Während sich bei Gießformen das Metall innen anlegt, können durch Gießkerne auch komplexe Hohlräume mit Hinterschneidungen im Produkt erzeugt werden.

Im Unterschied zu etablierten Sandguss-Verfahren wird beim anorganischen 3D-Sanddruck beispielsweise auf umweltbelastende Steinkohlestaubzusätze oder organischen Bindersysteme vollständig verzichtet, wodurch der CO2-Fußabdruck und belastende Emissionen deutlich reduziert werden.

Neben der Ermittlung grundlegender Kenngrößen und Materialeigenschaften – z.B. für die Erstellung von Simulationsmodellen oder die Erweiterung des Anwendungspotentials gedruckter Sandformen – wollen die Kasseler Forscherinnen und Forscher durch den Einsatz anorganischer Bindersysteme die CO2-Bilanz mittels 3D-Druck deutlich verbessern. Ein weiteres Forschungsziel ist der Einsatz von Gießformen und Gießkernen aus Sand im Druckguss, einem in der Industrie gängigen Verfahren. Das ist bislang nicht möglich, würde die Einsatzmöglichkeiten sandgedruckter Formen in der Gießtechnik aber deutlich erhöhen, so Fehlbier.

Eine weitere Anschaffung ist ein Aggregat für den sogenannten Rheoguss. Bei diesem Verfahren werden teilerstarrte Aluminiumschmelzen im teigigen Zustand bei geringerem Energieeinsatz und reduzierter Schrumpfung vergossen. Dies führt im Gussprozess zu einer "laminaren" Formfüllung, was Defekte im fertigen Bauteil verringert und die Bauteilqualität erhöht. Die Kasseler Forschungsgruppe will den Rheoguss für ultraleichte Materialien nutzbar machen – das würde zahlreiche Möglichkeiten eröffnen, beispielsweise Fahrzeuge oder Flugzeuge leichter und damit nachhaltiger zu designen.

Beide Investitionen werden von der Europäischen Union über das Programm React-EU mit einer insgesamt siebenstelligen Summe gefördert.

Die Universität Kassel hat einen ihrer Forschungsschwerpunkte im Bereich Materialien der Zukunft. Zum zweiten Forschungsschwerpunkt Nachhaltigkeit ergibt sich in der Gießereitechnik eine große Schnittmenge. React-EU ist ein Programm der Europäischen Kommission, mit dem unter anderem die Innovationskraft der EU-Staaten erhöht werden soll.

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