Sauberer Bruch: Ultraschall entfernt Stützstrukturen beim 3D-Druck
Stützstrukturen sind beim Metall-3D-Druck oft unverzichtbar, ihre Entfernung kostet jedoch Zeit und erfordert Handarbeit. Ein neues Fraunhofer-Verfahren soll diesen Schritt automatisieren: Gezielt eingesetzter Ultraschall bringt die Stützen zum Schwingen, bis sie an vorgesehenen Stellen abbrechen.
Additiv gefertigtes Metallbauteil mit Stützstrukturen. Ein neues Verfahren des Fraunhofer IAPT nutzt gezielte Ultraschallschwingungen, um die Stützen nach dem 3D-Druck an ihren Verbindungsstellen abzubrechen.
Foto: Fraunhofer IAPT
Überhänge und andere kritische Bereiche eines Bauteils benötigen beim 3D-Druck häufig sogenannte Stützstrukturen. Sie stabilisieren das Werkstück während des Fertigungsprozesses, gehören aber nicht zum eigentlichen Bauteil. Nach dem Druck müssen sie deshalb wieder entfernt werden.
Bei Metallbauteilen kann das aufwendig werden. Vor allem filigrane oder schwer zugängliche Stützstrukturen erschweren die Nachbearbeitung. Das kostet Zeit und ist teilweise noch Handarbeit. Hinzu kommt der Arbeitsschutz: Bei der manuellen Bearbeitung können feine Metallpartikel und Stäube freigesetzt werden, die je nach Werkstoff gesundheitsschädlich sein können.
Forschende des Fraunhofer IAPT haben nun ein Verfahren entwickelt, das diesen Schritt mithilfe von Ultraschall automatisieren soll.
Ultraschall bringt die Stützen zum Brechen
Bei dem neuen Verfahren werden hochfrequente mechanische Schwingungen vom Ultraschallsystem auf das Bauteil und insbesondere die Stützstrukturen übertragen.
Die Stützstrukturen der jeweiligen Bauteile werden dabei so konstruiert, dass die auf bestimmte Schwingungen reagieren. Dadurch können die Forscher Resonanzeffekte und besonders hohe Spannungen genau dort entstehen lassen, wo die Stützen mit dem eigentlichen Bauteil verbunden sind. Die Belastung wird an den vorbestimmten Stellen zu groß und die Stützstrukturen brechen ab.
Nach Angaben des Fraunhofer IAPT lassen sie sich auf diese Weise innerhalb weniger Minuten und ohne manuelles Eingreifen rückstandslos entfernen.
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Neues Design für die Stützstrukturen
Wie bereits angedeutet, reicht der Ultraschall allein nicht aus. Ein wichtiger Teil des Verfahrens ist das Design der Stützstrukturen. Sie werden bereits vor dem Druck auf die spätere Entfernung abgestimmt und so gebaut, dass die Trennstücke besonders stark auf den Ultraschall reagieren.
Das Fraunhofer IAPT kombiniert dafür drei Elemente:
- Angepasstes Stützstrukturdesign: Form, Position und besonders die Verbindungsstellen der Stützen zum Bauteil werden so ausgelegt, dass sie während des 3D-Drucks stabil sind, sich später durch Schwingungen aber gezielt lösen und rückstandslos entfernen lassen.
- Zugeschnittene Schwingungsanregung: Die Ultraschallfrequenz wird an das Bauteil und seine Stützstrukturen angepasst. Ziel ist, die Stützen möglichst stark in Schwingung zu versetzen, sodass an ihren Verbindungsstellen hohe mechanische Belastungen entstehen und sie abbrechen.
- Geeignete Kopplung: Die Ultraschallschwingungen müssen überhaupt effizient vom Ultraschallsystem auf das Bauteil übertragen werden. Dafür braucht es eine passende Verbindung bzw. die Einspannung des Werkstücks.
Ausgangspunkt war die Dentaltechnik
Entstanden ist das neue Verfahren im Forschungsprojekt „Sonodent“. Das Projekt erhielt im Mai 2026 eine Förderung durch das Fraunhofer-Leistungszentrum IAMHH. Ursprünglich steht dabei die Dentaltechnik im Mittelpunkt.
Der Grund dafür liegt nahe: In Dentallaboren ist der 3D-Druck bereits weit verbreitet und viele Fertigungsschritte laufen automatisiert. Bei der Nachbearbeitung besteht dagegen weiterhin Automatisierungsbedarf.
Das Fraunhofer IAPT sieht die das neue Verfahren allerdings nicht auf Dentalbauteile beschränkt. Nach Angaben der Forschenden lässt sich das Prinzip grundsätzlich auf unterschiedliche Branchen und 3D-Druckverfahren übertragen, sofern dort Stützstrukturen eingesetzt werden.
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Veröffentlicht auf der Formnext
Das Verfahren befindet sich noch auf dem Weg zur breiteren industriellen Anwendung, doch die Anmeldung zum Patent ist bereits erfolgt. Erstmals öffentlich vorstellen will das Institut die Technologie auf der Formnext vom 17. bis 20. November 2026 in Frankfurt.
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