Innovation: 3D-Druck bei der Deutschen Bahn
– So werden die Ersatzteile gefertigt.
Schicht für Schicht geht es voran. Der Druckkopf bewegt sich emsig von links nach rechts. Die vielen kleinen Düsen tragen das Material punktgenau auf. Was anfangs noch wie ein simples zweidimensionales Rechteck wirkt, nimmt langsam Form an. Nach wenigen Stunden ist es soweit: Der 3D-Drucker hat eine neue Kopfstütze für einen Sitz im ICE gefertigt.
Der 3D-Druck nimmt bei der DB Fahrt auf. Seit dem Druck eines einfachen Mantelhakens Ende 2015 hat sich einiges getan: Mittlerweile haben wir bereits 1.000 Ersatzteile verschiedenster Art gedruckt. Tendenz steigend – bis Ende 2017 sollen insgesamt 2.000 Ersatzteile aus dem 3D-Drucker kommen – bis Ende 2018 schon 15.000 Stück.
Deutsche Bahn fertigt Ersatzteile mit 3D-Druck an
Inspiriert von ihrer Reise ins Silicon Valley, beschloss die Produktionsleitung der Deutschen Bahn, die Herstellung von Ersatzteilen mittels 3D-Druck voranzutreiben. Erster Erfolg war der Druck eines Mantelhakens im Oktober 2015. Seitdem sind über 2.000 Ersatzteile für die Instandhaltung von Zügen gedruckt worden.
Die Vorteile von 3D-Druck für unsere Kunden
„Für die Instandhaltung unserer Fahrzeuge brauchen wir sofort lieferbare Ersatzteile. Unsere Züge sollen rollen“, sagt Uwe Fresenborg, Vorsitzender der Geschäftsführung der DB Fahrzeuginstandhaltung und Pate für den 3D-Druck bei der Deutschen Bahn. „Der 3D-Druck hilft uns genau dabei. Drucken ist schneller, flexibler und günstiger als herkömmliche Herstellungsverfahren und die Fahrzeuge sind innerhalb kürzester Zeit wieder verfügbar und für unsere Kunden im Einsatz.“
Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich bereits bei geringer Stückzahl lohnt – und zwar ab dem ersten Ersatzteil – den 3D-Druck zu nutzen. Für diese sogenannte additive Fertigung* in der Maschine sind keine aufwändigen Vorarbeiten notwendig.
So funktioniert der 3D-Druck
Mit dem 3D-Druck-Verfahren werden dreidimensionale Objekte hergestellt, indem das Material in dünnen Schichten aufgetragen und verfestigt wird. Zwei gängige Verfahren sind das Extrusionsverfahren sowie das Pulverbrettverfahren.
Beim Extrusionsverfahren oder auch Fused Deposition Modeling (FDM) genannt, wird das feste Material in die Drüsen am Druckkopf gepresst, dort erhitzt und dadurch formbar gemacht. Ähnlich wie bei einer Heißklebepistole. Mit dem flüssigen Material zeichnet der Druckkopf jeweils eine Schicht des Objekts. Sobald die Schicht fest ist, wird die nächste aufgetragen und so weiter. Diese Art des Drucks eignet sich z. B. für Gegenstände aus Kunststoff.
Beim Pulverbrettverfahren wird das Rohmaterial in Form von Pulver verarbeitet. Die einzelnen Schichten werden jeweils aus einer Prise Pulver gebildet. Bei Kunststoffen wie Polyamid oder Metallen wie Stahl und Titan verschmilzt oder erhitzt ein Laser die einzelnen Pulverkörnchen punktgenau. Im Fachjargon werden diese Verfahren Selective Laser Melting (SLM) und Selective Laser Sintering (SLS) genannt.
Bevor gedruckt werden kann, muss von dem Ersatzteil ein virtuelles Modell vorliegen. Das Ersatzteil kann entweder gescannt und am Computer nachbearbeitet oder direkt am Computer gezeichnet werden. Die fertige Digitalzeichnung wird über eine Software an den 3D-Drucker übertragen.
Für die Reproduktion eines Mantelhakens dauert es etwa zwei bis drei Stunden, die Zeichnung anzufertigen. Der Druck selbst nimmt weitere 45 Minuten (im SLM-Verfahren) in Anspruch.
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Beispiele für Ersatzteile aus dem 3D-Drucker
Diese Ersatzteile sind unter anderem schon mit dem 3D-Druck-Verfahren gefertigt worden:
- 3D-Drucker produziert eine Kopfstütze für einen Regionalzug.
- Im Detail: 3D-Drucker fertigt Schicht für Schicht eine Kopfstütze für einen Regionalzug an.
- Ein Techniker bedient den 3D-Drucker und überprüft die Fertigung.
- Pulverbrettverfahren: Treppengeländerschilder mit Blindenschrift
- Fertig gedruckte Treppengeländerschilder mit Blindenschrift.
- Treppengeländerschilder mit Blindenschrift am Berliner Hauptbahnhof.
Auch einige kuriose Ersatzteile hat der 3D-Drucker schon hervorgebracht:
- Sandtreppe aus Titan: Loks bremsen mit Sand. Über die „Treppe“ gelangt dieser aufs Gleis.
- SIM-Karten-Befestigung: Sie sind in den mobilen Terminals der Zugbegleiter verbaut.
- Staubschutzkappe: Sie ist aus dem Bremssystem eines Gleisarbeitsfahrzeugs und schützt den Kupplungskopf der Bremsleitung vor Staubeinwirkungen.
Das Netzwerk „Mobility goes Additive“
Anstatt selbst teure 3D-Drucker-Farmen aufzubauen, setzt die Deutsche Bahn auf die Partnerschaft im Netzwerk „Mobility goes Additive“. Über 40 Unternehmen – von Anwendern über Universitäten bis hin zu Start-ups – haben sich zusammengeschlossen, um Innovationen gemeinsam voranzutreiben. Mit an Bord sind auch Druckmaschinenhersteller und Druckdienstleister.
*Der Begriff 3D-Druck wird häufig synonym für additive Fertigung verwendet. Additive Fertigung ist die professionelle Bezeichnung für diese Art des Produktionsverfahrens.