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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© ESA/NASA

Astronaut:innen trainieren auf der Internationalen Raumstation (ISS) täglich bis zu zweieinhalb Stunden, um dem Abbau von Muskeln und Knochen in der Schwerelosigkeit entgegenzuwirken: Laufband, Ergometer und ein eigens entwickeltes Widerstandsgerät gehören zum Pflichtprogramm. Ob elektrische Muskelstimulation (EMS) dieses Training wirksamer machen kann, untersucht das Experiment „EasyMotion-2″ der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Charité Berlin. Die französische ESA-Astronautin Sophie Adenot trägt dafür einen Trainingsanzug von EasyMotionSkin, einem Unternehmen mit operativer Zentrale in Reith bei Seefeld in Tirol.

Sechs Wochen Training mit Elektroden

Adenot hat am 17. Juli 2026 im Rahmen ihrer Langzeitmission „εpsilon“ begonnen, mit dem Anzug auf der ISS zu trainieren. Das war der Startschuss für ein sechswöchiges Programm zur Stärkung ihrer Skelettmuskulatur. Der Anzug gibt über integrierte Elektroden niederfrequente Impulse an die Muskulatur ab und soll so den Trainingseffekt der regulären Einheiten erhöhen. Für den Einsatz im All wurde das System von der OHB System AG angepasst und qualifiziert. Die wissenschaftliche Leitung liegt bei Dieter Blottner vom Zentrum für Weltraummedizin und Extreme Umwelten der Charité, das Europäische Astronautenzentrum (EAC) der ESA unterstützt das Experiment.

Das Ziel reicht über die ISS hinaus: Die Daten sollen laut DLR dazu beitragen, EMS-Training fest in den Alltag von Astronaut:innen zu integrieren und damit künftige Reisen zum Mars sicherer zu machen. Eine solche Mission würde rund zwei Jahre dauern, wobei die Crew nach etwa neun Monaten Flug in Schwerelosigkeit den Planeten selbstständig betreten und dort arbeiten müsste. Muskelschwund auf dem Hinweg ist dabei eines der zentralen medizinischen Probleme.

Zweiter Anlauf nach Matthias Maurer

Es ist nicht der erste Einsatz des Anzugs im All. Während der ESA-Mission „Cosmic Kiss“ (2021 bis 2022) trainierte der deutsche Astronaut Matthias Maurer bereits mit dem System, brutkasten berichtete damals. „Es ist bemerkenswert zu sehen, welche bedeutenden Fortschritte die Entwicklungsteams seit der ersten Mission bei der Optimierung des Anzugkonzepts für den Einsatz auf der Raumstation erzielt haben. Ich freue mich sehr, dass wir EasyMotion-2 nun gemeinsam mit Sophie Adenot weiterführen können“, sagt Julia Weis, LEO (Anm. Low Earth Orbit) & Suborbital Utilisation Team Leader bei der ESA.

Adenot, Jahrgang 1982, ist Hubschrauberpilotin der französischen Luftwaffe und Luftfahrtingenieurin. Seit November 2022 gehört sie dem Europäischen Astronautenkorps an, ihre Grundausbildung schloss sie im April 2024 ab.

Was auf der Erde davon bleibt

Die Erkenntnisse aus dem All sollen auch in Trainings-, Therapie- und Präventionskonzepte auf der Erde einfließen, von der Rehabilitation bis zur Prävention altersbedingter Veränderungen. Das ist auch die Perspektive von Christian Jäger, dem Tiroler Unternehmer und Investor hinter EasyMotionSkin: „Entscheidend ist für mich aber ebenso der Nutzen auf der Erde: EasyMotionSkin soll Menschen dabei unterstützen, effizient zu trainieren, ihre körperliche Leistungsfähigkeit zu erhalten und etwas für ihre Gesundheit und ihr Wohlbefinden zu tun. Die Erkenntnisse aus dem Einsatz unter Extrembedingungen können dazu beitragen, die Technologie weiterzuentwickeln und damit auch vielen Menschen auf der Erde zugutekommen.“

EasyMotionSkin wurde von Dirk Fritzsche gegründet. Jäger, 2023 auch als Investor bei „2 Minuten 2 Millionen“ zu sehen, war zunächst mit einem kleinen Investment eingestiegen, bevor er die Firma gänzlich übernahm. Heute ist EasyMotionSkin nach eigenen Angaben Teil der deutschen milon group.

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