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Gedruckte Träume

07.12.2018

Materials Solutions im britischen Worcester gehört seit 2016 zu Siemens. Das junge Unternehmen ist spezialisiert auf additive Fertigung von Teilen aus Hochleistungswerkstoffen, unter anderem für Gas- und Flugzeugturbinen und den Motorsport.

Wendiges Start-up-Schnellboot oder beharrlicher Konzern-Tanker? Wer neuen Technologien besser zum Durchbruch verhelfen kann, ist umstritten. Manchmal passt auch beides bestens zusammen - wie das Beispiel Materials Solutions und Siemens zeigt. Der Siemens-Konzern hatte sich bereits in den 1990er Jahren mit additiver Fertigung beschäftigt, damals besser bekannt unter dem Begriff Rapid Prototyping. Materials Solutions betrat erst 2006 die Bühne, als das Thema gerade Fahrt aufnahm. Das Unternehmen wurde von Carl Brancher gegründet und startete in gemieteten Räumen der Universität Birmingham, bevor es ins britische Worcester umzog. Es spezialisierte sich von Anfang an auf die additive Fertigung von Komponenten aus Metall. 2016 hat Siemens Materials Solutions übernommen, wobei der Gründer noch 15 Prozent seines Unternehmens hält.

Selbst machen oder mit Partnern?

Der Entscheidung war eine jahrelange Sondierung des Marktes vorausgegangen. Klar war, dass additive Fertigung für Siemens enorm wichtig werden würde. Unklar war jedoch, wie man das Know-how aufbauen soll - in Eigenregie im Unternehmen, durch Entwicklungspartnerschaften, etwa mit der Fraunhofer-Gesellschaft, oder durch Zusammenarbeit mit einem etablierten Industriepartner. Weil das Thema eine immer größere Dynamik entwickelte, entschied man sich für die dritte und schnellste Option. 2013 gab es erste Gespräche mit Materials Solutions, 2014 eine Partnerschaft für die Entwicklung eines Prozesses und die Produktion eines bestimmten Teils für Gasturbinenbrenner die erfolgreich verlief. Der Ruf der Briten, besonders gut mit anspruchsvollen Materialien umgehen zu können, hatte sich inzwischen weltweit herumgesprochen. "Es bestand die Sorge, dass ein Wettbewerber Materials Solutions kauft, deshalb haben wir schnell gehandelt", so Phil Hatherley, damals bei Siemens tätig und heute General Manager bei "Materials Solutions - a Siemens Business", wie das Unternehmen nun offiziell heißt.

Kreativität erhalten

Doch wie bringt man Klein und Groß unter einen Hut, ohne dass der vermeintlich schwächere Partner darunter leidet? Das war die Kunst von Phil Hatherley. Der Brite startete 2007 seine berufliche Karriere bei Siemens, wo er in Berlin den strategischen Einkauf für Schlüsselkomponenten von Gasturbinen verantwortete und später in die USA ging. Mit der Übernahme von Materials Solutions ging der Ingenieur nach Worcester, zunächst als sogenannter Integration Manager. Er sorgte für das reibungslose Zusammenspiel der IT, passte Finanzen und Einkauf an Siemens-Vorgaben an und kümmerte sich um den einheitlichen Auftritt nach außen. "Ich kannte den bürokratischen Apparat bei Siemens gut und mein Chef in Berlin, Markus Seibold, meinte, dass ich Materials Solutions gut in Siemens integrieren könne, ohne dass Kreativität und Eigenständigkeit verloren gingen." Seit seiner Ernennung zum General Manager im Jahr 2017 leitet Hatherley das Unternehmen zusammen mit Gründer Carl Brancher, der sich um die Weiterentwicklung des Geschäfts kümmert.

Materials Solutions fertigt nicht nur Brenner und Schaufeln für Siemens-Gasturbinen, sondern bedient auch Anfragen externer Unternehmen, zum Beispiel aus der Luft- und Raumfahrtindustrie. Motorsport ist ein weiteres interessantes Feld, für das Worcester Teile fertigt - kein anderes Unternehmen bietet bei Hochleistungsmetallen eine derartige Bandbreite der Anwendungen. Die derzeit 17 3D-Druckmaschinen schreiben mit Lasern Muster in feines Metallpulver, in Sekundenbruchteilen schmilzt das Pulver und wird auf die darunterliegende Schicht aufgeschweißt. Jede Schicht ist dünner als ein Haar, der Druck größerer Teile kann deshalb auch mehrere Tage dauern.

Enorme Freiheiten

Additive Fertigung bietet enorme Freiheiten bei der Konstruktion, die bei herkömmlichen Methoden wie Gießen mit Nachbearbeitung in einer Werkzeugmaschine undenkbar waren. Um diese Freiheiten sinnvoll zu nutzen, ist eine Menge Know-how nötig. Materials Solutions verfügt über einen echten Ende-zu-Ende-Service, der von der Beratung und Materialkompetenz über die additive Teilefertigung und Nachbearbeitung bis zur Qualifizierung und Zertifizierung reicht - mit dem gesamten Siemens-Know-how in der Digitalisierung. Nur wenige Unternehmen weltweit vereinen dieses Wissen unter einem Dach.

Bei Anfragen von Siemens-Kollegen oder Kunden, die schon Erfahrung mit additiver Fertigung haben, seien die Spezifikationen meist sehr präzise und die Kunden hätten sich im Vorfeld bereits gut überlegt, was man drucken könne und was nicht, so Hatherley. Externe Kunden mit wenig Erfahrung in additiver Fertigung kämen mitunter nur mit einer Handskizze und der Frage "Könnt ihr das drucken?".

Umfangreiches Prozesswissen

Eine Kernkompetenz von Materials Solutions ist das Material-Know-how: Nickelbasierte Superstähle etwa gibt es heute auch als Pulver. Ein Material aber, das beispielsweise in einer Gasturbine weit über 1000 Grad Celsius aushalten muss, lässt sich recht schwierig mit dem Laser verflüssigen und schweißen. Bevor der 3D-Drucker also seinen Betrieb aufnimmt, haben die Ingenieure bereits eine komplexe Laserstrategie erarbeitet, die beinhaltet, in welcher Abfolge und mit welcher Leistung die Laser ins Pulver schießen. Doch auch bei sorgfältigster Planung können in komplexen Teilen starke Spannungen im Metall entstehen. Auch hierfür haben die Experten eine Lösung: Solche Spannungen lassen sich durch Erhitzen in einem Vakuumofen mildern. Zudem ist hier detailliertes Prozesswissen gefragt, damit es im Werkstoff auch nach Jahren nicht zu Rissen kommt.

Auch wenn Materials Solutions mit Hochleistungsmaterialien arbeitet, stelle es Pulver nicht selbst her, wie Hatherley betont. Dennoch treibe man die Entwicklung geeigneter Materialien gemeinsam mit den Pulver-Herstellern voran.

Nicht alles lässt sich drucken

"Wenn du es träumen kannst, können wir es drucken." Das Werbeversprechen von Materials Solutions lässt sich in der Praxis nicht ganz einlösen, denn nach wie vor gibt es Geometrien, die sich nicht additiv fertigen lassen, darunter auch vermeintlich einfache Körper, zum Beispiel eine Hohlkugel. Aber Materials Solutions arbeitet an Lösungen, um immer mehr bisher unmögliche Teile mit additiver Fertigung wahr werden zu lassen.

Von Bernd Müller

Quelle: Siemens-Pictures of the Future-Newsletter

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