10.02.2016

TU Wien: Ersatzteile mit 3D-Drucker selber drucken

An der TU Wien wurde ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe Objekte aus dem 3D-Drucker beeindruckende geometrische Eigenschaften verliehen werden können. So könne man sich in Zukunft technische Ersatzteile möglicherweise "selbst drucken".
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Sieht aus wie Kinderspielzeug - weist aber beeindruckende geometrische Eigenschaften auf. (c) TU Wien

Sei es ein schwebender Fisch oder ein balancierendes Monster – auf der TU Wien wurde ein Verfahren entwickelt, damit Objekte aus dem 3D-Drucker unerwartet faszinierende geometrische Eigenschaften aufweisen.
Ein Beispiel: Ein Kunststoff-Fisch wird ins Wasser geworfen und schwebt knapp unter der Wasseroberfläche, weil er im Inneren einen Hohlraum mit exakt richtig gewählter Form und Größe hat.

Ein so genau ausbalanciertes Objekt herzustellen, hätte bislang eine Vielzahl von Versuchen benötigt. Mit der neu entwickelten Methode sollen geometrische Sonderwünsche in Zukunft kein Problem mehr darstellen. Der innere Hohlraum von Objekten aus dem 3D-Drucker kann so anpasst werden, dass ihre Balance oder andere physikalische Eigenschaften genau zum Einsatzzweck passen.

 Wissenschaftlich aufwendiges „Kinderspielzeug“

Was das Team rund um Professor Przemyslaw Musialski am Institut für Computergraphik und Algorithmen der TU Wien produziert hat, sieht auf den ersten Blick aus wie Kinderspielzeug, hat aber einen wissenschaftlichen Hintergrund. Die Drehachse einer Plastikschildkröte wurde so angepasst, damit man sie als Kreisel verwenden kann. Fischen wurde ein Hohlraum eingebaut, welcher so optimiert wurde, damit die Dichte genau zu verschiedenen Flüssigkeiten passt.

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Ersatzteile & Deko selber machen

In Zukunft werde es möglich sein, Objekte vom Ziergegenstand bis hin zum technischen Ersatzteil schlichtweg selbst zu produzieren, meint Musialski. Das Objekt wird am Computer individuell gestaltet und dann ausdruckt. Optimierungsverfahren sollen dann dafür sorgen, dass die User-generierten Objekte auch zuverlässig die nötigen physikalischen Eigenschaften haben. „Die Berechnung der physikalischen Eigenschaften dauert nur wenige Sekunden, ist wenig fehleranfällig und lässt sich in verschiedensten Gebieten als Optimierungsverfahren einsetzen“, sagt der TU-Professor.

„Die Berechnung der physikalischen Eigenschaften dauert nur wenige Sekunden.“

Wunderflasche steht mit Alkohol

Die Wunderflasche sieht aus wie eine merkwürdig verbogene Getränkeflasche. Füllt man sie mit Wasser, kippt sie um und läuft aus. Füllt man sie allerdings mit Alkohol, bleibt sie stehen. Warum? Die Dichte von Alkohol ist geringfügig kleiner als die Dichte von Wasser. Die Flasche wurde so optimiert, dass dieser kleine Dichteunterschied genau zwischen Stehenbleiben und Umfallen entscheidet. Um das zu erreichen, muss die Wand der Flasche angepasst werden. Sie ist auf einer Seite viel dicker als auf der anderen, um den Schwerpunkt der Flasche genau richtig zu justieren.

„Eingegeben wird die äußere Form der Figur und zusätzlich bestimmte Vorgaben.“

Ausgeklügeltes Verfahren

Am Computer wird mittels einem mathematischen Optimierungsverfahren automatisch angepasst, was für die Produktion notwendig ist. „Eingegeben wird die äußere Form der Figur und zusätzlich bestimmte Vorgaben – etwa die Rotationsachse oder die Schwebeausrichtung“, erklärt Musialski. „Die Software liefert dann zusätzlich zur äußeren Form auch die Form des Hohlraums im Inneren des Objektes, so dass es die Wunschvorgaben erfüllt.“

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NovaLabs
© NovaLabs - Gründer von NovaLabs: Christian Gubik und David Schweiger (v. l.).

NovaLabs ist ein steirischer Produzent von Nahrungsergänzungsmitteln und hat seit der Gründung vor rund fünf Jahren den Umsatz jährlich verdoppelt: Allein heuer sollen 25 Millionen Euro erwirtschaftet werden, so das Ziel.

NovaLabs: Drei Millionen Euro in neue Anlagen

Das Wachstum veranlasste die beiden Gründer und Geschäftsführer David Schweiger und Christian Gubik nun zum nächsten Expansionsschritt: Nachdem heuer bereits rund zwei Millionen Euro in den Aufbau des kürzlich eröffneten zweiten Standorts in Graz-Rudersdorf geflossen sind, werden bis Jahresende weitere drei Millionen Euro in neue Maschinen und Anlagen investiert.

„Der Markt für Nahrungsergänzungsmittel – von Proteinen und Kollagen über Vitamine bis hin zu Mineralstoffen – wächst extrem stark. Wir haben uns als Produzent mit hohem Qualitätsanspruch einen Namen gemacht. Mit der aktuellen Investition bauen wir unsere Kapazitäten gezielt aus, um mit der steigenden Nachfrage Schritt halten zu können“, erklärt das Gründerduo unisono.

Im Mittelpunkt des Investitionsprogramms stehen zwei neue Verpackungslinien für Kapseln am Standort Graz-Rudersdorf. Auch am Hauptsitz in Graz-Straßgang wird die Produktion erweitert: Eine neue Füllmaschine dosiert pulverförmige und optional auch flüssige Produkte automatisiert in Stickpacks. Ergänzt wird die Anlage durch eine neue Standbodenbeutel-Linie für wiederverschließbare Pulververpackungen sowie einen Pick-and-Place-Roboter. Damit soll vor allem die steigende Nachfrage nach pulverförmigen Produkten, insbesondere Kollagen, abgedeckt werden.

„Pulver im Standbodenbeutel oder in den Stickpacks ist derzeit eines der großvolumigsten Segmente am Markt. Gleichzeitig sehen wir weiterhin eine sehr starke Nachfrage nach Kapseln in unterschiedlichsten Formen und Rezepturen“, sagt Schweiger. Die neuen Anlagen werden dem Unternehmen zufolge sukzessive in den kommenden Wochen geliefert beziehungsweise in Betrieb genommen. Bis Jahresende soll das gesamte Investitionsprogramm umgesetzt sein.

Neue Mischhalle

Auch am Grazer Hauptsitz wird erweitert: In die bestehende Produktion wird eine neue Mischhalle mit drei Anlagen integriert. Dort werden Rohstoffe künftig automatisiert eingewogen, zugeführt und weiterverarbeitet. Zum Einsatz kommt unter anderem ein Kugelmischer mit einem Fassungsvermögen von rund 2.000 Litern. Zwei gegenläufig arbeitende Wellen würden dabei für eine gleichmäßige Durchmischung sorgen. Der Mischvorgang soll dadurch von bisher bis zu 20 Minuten auf rund 90 Sekunden verkürzt werden.

Dabei gehe es aber nicht nur um Geschwindigkeit, sagt Schweiger: „Die immer komplexeren Zusammensetzungen stellen auch höhere Ansprüche an die eingesetzte Mischtechnologie. Bei einer Rezeptur können beispielsweise mehrere hundert Kilogramm eines Rohstoffes mit nur wenigen Gramm eines anderen Wirkstoffes kombiniert werden. Auch bei diesen Kleinstmengen muss am Ende eine gleichmäßige Verteilung im gesamten Produkt sichergestellt werden.“ Das Gründer-Duo sieht darin auch einen Beleg für eine sich immer stärker professionalisierende Branche: „Was vor wenigen Jahren mit klassischen Fassmischern ausreichend war, genügt den heutigen Anforderungen nicht mehr.“

NovaLabs-Umsatz genährt durch Export

Bemerkenswert ist zudem, dass rund 50 Prozent des NovaLabs-Umsatzes mittlerweile im Export erzielt werden. Deutschland ist mit rund 40 Prozent des Gesamtumsatzes inzwischen der wichtigste Auslandsmarkt. Weitere Produkte gehen unter anderem in die Schweiz, nach Belgien und Frankreich. Über Kunden und Vertriebspartner gelangen die in der Steiermark hergestellten Nahrungsergänzungsmittel darüber hinaus bis nach Dubai und China. „Unsere Kunden wachsen – und wir mit ihnen. Gleichzeitig gewinnen wir laufend neue Aufträge. Unsere Aufgabe ist deshalb, die Produktion heute bereits so aufzustellen, dass sie auch mit den Mengen von morgen umgehen kann“, sagt Gubik.

Der Expansionskurs macht sich bei NovaLabs auch bei der Beschäftigung bemerkbar. Anfang des Jahres verfügte NovaLabs über 76 Mitarbeiter:innen. Rund 30 zusätzliche Stellen wurden 2026 bislang geschaffen – die Beschäftigtenzahl ist damit auf über 100 gestiegen. Weitere Neueinstellungen sind bis Jahressende geplant.

„Je automatisierter und größer wir werden, desto wichtiger werden Menschen, die Prozesse verstehen, Anlagen beherrschen und unsere Strukturen mitentwickeln“, erklärt Schweiger. Für ihn und Co-Gründer Gubik ist die Millioneninvestition daher weniger Abschluss der jüngsten Expansion als Vorbereitung auf die nächste Wachstumsstufe, so die Geschäftsführer: „Am ursprünglichen Ziel hat sich nichts geändert: Wir sind angetreten, um Europas führender Produzent für Nahrungsergänzungsmittel zu werden. Dafür schaffen wir jetzt die industrielle Basis.“

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