Aus Pulver werden Bauwerke
Wer an 3D-Druck denkt, hat oft kleine Plastikfiguren oder Ersatzteile für die Kaffeemaschine vor Augen. Doch in Mittweida druckt man aus Metall und etwas größer. Deutlich größer.
Am Laserinstitut Hochschule Mittweida wird Metall nicht gesägt, gefräst oder gegossen, sondern Schicht für Schicht mit einem Hochleistungslaser aufgebaut. Aus unscheinbarem Metallgranulat entstehen dabei Bauteile, die mehrere hundert Kilogramm wiegen können und trotzdem aussehen, als hätte sie sich ein Designer ausgedacht. Das Besondere daran: Selbst große und komplex geformte Komponenten lassen sich schnell und vergleichsweise kostengünstig herstellen.
Wie das in der Praxis aussehen kann, zeigt der geplante „Pfalzturm“ als ein Verbundprojekt gemeinsam mit dem t-lab im Fachbereich Architektur der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und der Forschungsgruppe FLEX der HTWK Leipzig. Ein Aussichtsturm aus Holz. Klingt erst einmal nicht besonders ungewöhnlich. Doch beim zukünftigen Pfalzturm stecken die eigentlichen Innovationen an den Stellen, die man nicht auf den ersten Blick wahrnimmt: Das Tragwerk besteht aus acetyliertem Buchenfurnierschichtholz. Damit kann das hochfeste heimische Holz erstmals im Außenbereich eingesetzt werden. Durch die Acetylierung wird das Holz resistent gegen holzzerstörende Pilze, bleibt formstabil und behält seine Festigkeit selbst bei Feuchtigkeitsschwankungen und das ganz ohne giftige Zusätze und vollständig recycelbar. Die zweite Innovation sind die 3D-gedruckten Edelstahlknoten, die die doppeltgekrümmte, rautenförmige Holzgitterschale in einer reversiblen Verbindung zusammenfügen. Das leistet einen wesentlichen Beitrag zu zirkulärem Bauen, da Rückbau und Wiederverwendung der Bauteile einfach realisierbar sind. Eine weitere Innovation steckt dabei verborgen in den Knoten: Die Knoten haben im Inneren eine Füllstruktur aus „Endlos-Flächen“, die so berechnet sind, dass sie eine optimale Kraftübertragung gewährleisten und dabei möglichst wenig Material benötigen, um das Bauteilgewicht zu reduzieren.
Der Pfalzturm ist dabei nur ein Beispiel. Die Technologie aus Mittweida eröffnet neue Möglichkeiten überall dort, wo besondere Bauteile gefragt sind: im Holz- und Stahlbau, bei Brücken, Sonderkonstruktionen oder sogar bei der Rekonstruktion historischer Bauwerke. Was früher aufwendig gefertigt oder gar nicht realisierbar war, kann heute direkt aus digitalen Daten entstehen.
Wenn die Weste auf die Schulter klopft ...
Schauplatz: Eine Lagerhalle eines Logistik-Unternehmens in Sachsen. Das Tagesgeschäft floriert, Gabelstapler bewegen Paletten und Behälter, Angestellte stellen Sendungen zusammen, Signallampen leuchten, Tore öffnen und schließen sich, begleitet von Warnhupen und dazwischen bewegen autonom fahrende Transporter Paletten. Mittendrin die neuen Auszubildenden in ihrer ersten Woche, hellwach, aufgeregt und ein wenig überfordert von der Gesamtsituation. Am Morgen haben sie von ihrem Ausbilder eine gelbe Warnweste erhalten, bestückt mit allerlei Elektronik und der Anweisung, diese Weste den ganzen Tag zu tragen.
Und dann passiert es: Mit dem Rücken zur Hauptachse stehend macht einer der Auszubildenden einen Schritt zurück und gerät damit genau in die Fahrbahn eines sich nähernden Palettentransporters. Der Jugendliche stoppt, wirft einen Blick über die Schulter und sieht das Palettenfahrzeug. Schnell bewegt er sich außerhalb dessen Fahrspur, rechtzeitig genug, um unversehrt aus dieser Gefahrenlage zu entkommen. Später wird er sagen, die Weste habe ihm auf die Schulter geklopft und so habe er instinktiv nach dem Fahrzeug geschaut.
Damit genau dies zur Realität wird, arbeiten Prof. Michael Kuhl und seine Kolleginnen und Kollegen an der Professur für Systemelektronik der Hochschule Mittweida gemeinsam mit weiteren Forschungs- und Industriepartnern seit einigen Jahren an einem vibrotaktilen Warnsystem mit Multisensor-Auswertung.
Unter vibrotaktilen Signalen versteht man Signale, die einen Menschen über den Tastsinn erreichen, also beispielsweise über das besagte „Schulterklopfen“. Dies wird als Eindringen in den persönlichen Bereich wahrgenommen und ist somit effizienter als die herkömmlichen optischen und akustischen Signale. Ein Tastsignal lässt sich evolutionsbedingt nur schwer mental ausblenden und wird über längere Zeit auch nur sehr gering adaptiert.
Während bei herkömmlichen Warnsystemen meist nur die Signale eines Sensors ausgewertet werden, kombiniert das neue System eine Time-of-Fligth-3D-Kamera mit derzeit drei separaten Radarsensoren. Diese können zum Teil auch optisch verdeckte Objekte oder Personen erkennen, während die Kamera vor allem durch ihre räumliche Auflösung und die Zahl der gleichzeitig detektierbaren Objekte punktet. Die Kombination der beiden Signale und deren Auswertung sorgt so für einen umfassenderen Schutz und kann sowohl die gefährdete Person als auch den Gefährder, zum Beispiel den oder die Gabelstaplerfahrer/in, richtungsorientiert warnen.
Einsatz finden soll das neue System sowohl bei Firmen mit eigenem Logistikbereich und Werksverkehr, denkbar sind aber auch Anwendungen in Produktionsanlagen mit Gefahrenpotential durch bewegte Maschinen oder im Bahn- und Güterverkehr.
Standen am Anfang der Entwicklungszeit vor allem die technische Realisierung, Machbarkeits- und Akzeptanzstudien und die Auswertung der Sensorsignale im Vordergrund, geht es nun um die Miniaturisierung und Überführung in eine Produktschiene in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Chemnitz und einer Reihe von sächsischen Industriepartnern. Diese decken eine mögliche Produktkette nahezu vollständig ab, vom 3D-Kamera-Hersteller über Elektronik-Entwicklungspartner, Anbietern von Logistiksoftware bis hin zum Anbieter von Flurförderfahrzeugen.