An der Universität Kassel wurde am 12. März eine weltweit einzigartige Anlage offiziell eingeweiht: Sie kann eine riesige Bandbreite an Materialien in 3D drucken, per KI deren Eigenschaften erfassen und ihr Verhalten vorhersagen. Dabei hilft die hellste Röntgenquelle der Welt. Ziel ist die Entwicklung neuer Legierungen für eine nachhaltigere Industrie. Einige könnten auch den Einsatz der begehrten Seltenen Erden in bestimmten Anwendungen ersetzen. Der hessische Wissenschaftsminister Timon Gremmels zeigte sich in Kassel begeistert.

3D-Druck, in Fachkreisen als additive Fertigung bezeichnet, gewinnt sowohl in der Forschung als auch in der Industrie an Bedeutung. Mit dieser Technologie können Produkte nach digitaler Vorlage schichtweise hergestellt werden. Das bietet die Möglichkeit, viele Produkte schneller und kostengünstiger zu fertigen oder deutlich komplexere Geometrien umzusetzen. Schon heute werden mit dieser Technologie beispielsweise Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik oder den Maschinenbau hergestellt. Doch das Potenzial des 3D-Druck ist noch lange nicht ausgereizt. Eine neue, weltweit einzigartige Forschungsanlage an der Universität Kassel soll die Entwicklung neuer Werkstoffe immens beschleunigen. Heute wurde sie in Anwesenheit des hessischen Ministers für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur, Timon Gremmels, vorgestellt und offiziell in Betrieb genommen.

„Die Uni Kassel setzt mit diesem Gerät neue Maßstäbe“, erklärte Minister Gremmels. „Die Forscherinnen und Forscher analysieren Gefüge-Bildung, Prozess-Stabilität und Materialeigenschaften unmittelbar während der Fertigung. Das verändert grundlegend, wie wir Fertigungsprozesse verstehen, optimieren und künftig industriell einsetzen können. Hier greifen exzellente Grundlagenforschung und angewandte Forschung, die den Transfer in Anwendung, Wirtschaft und Gesellschaft im Blick hat, ineinander. Mein Dank gilt der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Förderung dieses Vorhabens und allen Beteiligten an der Universität Kassel, die dieses komplexe Projekt konzipiert, beantragt und umgesetzt haben. Ich wünsche viel Erfolg bei Forschung und Transfer.“

Dr. Oliver Fromm, Kanzler der Universität Kassel, ergänzte: „Wir haben in den vergangenen Monaten oft gehört, wie wichtig für die europäischen Volkswirtschaften die Versorgung mit Seltenen Erden und anderen Materialien ist. Wenn Forschung aus Kassel dazu beitragen kann, hier Ersatz zu finden, dann macht uns das stolz. Materialwissenschaft ist einer der Forschungsschwerpunkte der Universität Kassel, und es ist beeindruckend, welche Infrastruktur dafür in der letzten Zeit entstanden ist.“

Die neue Anlage kann sowohl Metall als auch Kunststoff verarbeiten. So können über einen Laserstrahl Metallpulver oder auch -drähte schichtweise aufgeschweißt werden. Die chemische Zusammensetzung lässt sich Probe für Probe oder auch Schicht für Schicht verändern, sodass ganze Material-Bibliotheken in kürzester Zeit erzeugt werden können. Ergänzt wird die Anlage durch modernste Messtechnik, die es den Forschern ermöglicht, vielversprechende Legierungen bereits während des Fertigungsprozesses zu identifizieren. Hierfür kommt unter anderem die hellste Labor-Röntgenquelle der Welt zum Einsatz, durch die sich der strukturelle Aufbau der Proben auf atomarer Ebene in Echtzeit verfolgen lässt und somit bislang undenkbare Einblicke in das Materialverhalten während der additiven Fertigung erlaubt. Mit der schnellen, umfassenden Erzeugung von Material-Bibliotheken und ihre KI-gestützte Auswertung sind die Wissenschaftler auf der Suche nach neuen Legierungen, die vergleichbare Eigenschaften haben wie Legierungen mit Seltenen Erden oder anderen Stoffen, die durch gestörte Lieferketten knapp und teuer geworden sind. Einsatzgebiete hierfür liegen z.B. in der Eletromobilität.

„Detektoren und Sensoren werden uns in bisher nicht gekannter Menge Daten liefern. Künstliche Intelligenz, ein Netzwerk selbstlernender Algorithmen, wird uns helfen, diesen Datenwust maschinell auszuwerten und neue Legierungen für den 3D-Druck zu optimieren. Die Daten sollen zudem genutzt werden, um einen „digitalen Zwilling“ des Werkstücks zu erzeugen. Dies wird uns helfen das spätere Materialverhalten vorhersagen zu können“, erklärte Prof. Dr.-Ing. Thomas Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe am Institut für Werkstofftechnik (IfW). „Wir werden an der Grenze des wissenschaftlich Möglichen arbeiten. Ich bin mir sicher, dass wir damit die Entwicklung neuer Werkstoffe immens beschleunigen werden“, fügte Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Stefan Böhm, Leiter des Fachgebiets Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, hinzu.

Die neue Forschungsanlage hat in Summe einen Wert von über 2 Millionen Euro und wurde im Rahmen einer bundesweiten Großgeräteinitiative der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.