Forschung

Siemens druckt Turbinen

Konzern forscht in Berlin an einer Technik, die den Maschinenbau in den nächsten Jahren revolutionieren könnte

Andreas Fischer-Ludwig ist nicht der Mann, der leicht ins Schwärmen gerät. Als „Director Manufacturing Development Industrialization“ ist er im Gasturbinengeschäft von Siemens verantwortlich für die Entwicklung der Fertigungstechnologien. Seine Welt sind 440 Tonnen schwere Gasturbinen, die im Siemens Werk in Moabit entwickelt, zusammengebaut und in die ganze Welt verschickt werden. Dabei handelt es sich um gigantische Stahlgeräte mit blitzenden Schaufeln. Jede von ihnen kann genügend Energie erzeugen um eine größere Stadt mit Strom zu versorgen.

Die Kunden aus Ägypten, Malaysia und den USA kaufen diese Gasturbinen, weil sie eine vergleichsweise umweltschonende Möglichkeit sind, Strom zu erzeugen. An sechs Turbinen arbeiten die Arbeiter in Moabit parallel, mehr passen auch nicht in die Halle. Bis zu 50 Stück fertigen sie jedes Jahr an. Damit ist die Produktion in Moabit an ihrem Limit angelangt. Weitere Aufträge können sie schon allein aus Platzgründen nicht annehmen. Wenn Andreas Fischer-Ludwig über Gasturbinen spricht, erwähnt er Kilowattstunden und Emissionswerte. Es ist eine eher nüchterne Angelegenheit. Doch an einer Stelle wird er erstaunlich aufgeregt: den 3D-Druckern.

Kleinteile für die Turbinen werden schon heute mit Hilfe eines solchen Druckers hergestellt und anschließend in Moabit verarbeitet. Doch das ist laut Andreas Fischer-Ludwig erst der Anfang. Dort wo Facharbeiter heute noch an einzelnen Teilen für die Maschinen fräsen, schleifen und polieren, könnte künftig der Laser eines 3D-Druckers die Arbeit abnehmen. „Dadurch verringert sich die benötigte Arbeitszeit für bestimmte Teile im Idealfall um mehrere Monate“, sagt Andreas Fischer-Ludwig.

Chancen für die Zukunft

Für die Forscher eröffnen sich dadurch ganz neue Möglichkeiten. Anstatt Monate lang auf ein bestimmtes Teil für eine Turbine warten zu müssen, können sie den Prototyp begutachten und innerhalb weniger Tage eine neue Version zurückkommen. Neue Materialien könnten auf diese Weise entdeckt werden. So weit die Theorie. Fünf bis zehn Jahre dürfte es nach Einschätzung von Andreas Fischer-Ludwig noch dauern, bis die Technik weit genug sei. Doch dann erwartet er nichts geringeres als „einen Paradigmenwechsel.“ Auch der Technologiechef der Siemens-Sparte Fossile Energieerzeugung, Nicolas Vortmeyer, geht davon aus, dass Laserschmelzen „in zehn Jahren ein selbstverständlicher Teil des Maschinenbaus sein wird.“

Bei der Hauptversammlung am Dienstag ging es hingegen vorwiegend um die Probleme der Vergangenheit. Die Aktionäre störten sich insbesondere an dem chaotische Führungswechsel im vergangenen Jahr und der fehlenden Nachfolgeregelung für Aufsichtsratschef Gerhard Cromme. Nach einer Pannenserie und zwei Gewinnwarnungen in kurzer Folge hatte der frühere Siemens-Chef Peter Löscher seinen Posten an Joe Kaeser abgeben müssen. Zudem verlangten sie Klarheit darüber, wohin der Konzern in Zukunft steuere. Im vergangenen Quartal profitierte Siemens von seinem Sparkurs, aber auch von Immobilienverkäufen und deutlich niedrigeren Belastungen durch heikle Projekte. Der Gewinn nach Steuern stieg um 20 Prozent auf knapp 1,5 Milliarden Euro.

In der Forschungsabteilung am Siemensdamm im Westen der Stadt bekommt man bereits eine Vorstellung davon, wie die Zukunft für den Konzern aussehen könnte. Mit einem herkömmlichen Drucker, bei dem ein Stück Papier ausgespuckt wird, hat ein 3D-Drucker nämlich allenfalls den Namen noch gemein. Der 3D-Drucker sieht aus wie ein größerer Elektrokasten oder Metallschrank. Hinter einer Glasscheibe findet das eigentlich Spannende statt. Dort bewegt sich ein Laserstrahl über eine Platte. Auf diese Weise bearbeitet er ein Gemisch aus Metallstaub. Es sieht in etwa so aus, als würde er an verschiedenen Stellen der Platte kleine Feuerwerke zünden. Die Funken zeigen an, dass der Metallstaub schmilzt und sich mit der darunter liegenden Schicht verbindet. So bearbeitet der Laser eine Schicht nach der anderen, bis sich schließlich das gewünschte Produkt herausgebildet hat. Seine Informationen bekommt er von einer eigens programmierten Software. Obwohl Tausende von Schichten aufeinander aufbauen, liegt die Genauigkeit des 3D-Druckers im Hundertstelbereich eines Millimeters.

Dass irgendwann eine ganze Gasturbine aus dem 3D-Drucker kommen wird, ist natürlich unwahrscheinlich. Aber schon heute werden einige Teile wie etwas eine Zerstäuberdüse aus den 3D-Druckern in Siemensstadt anschließend im Gasturbinenwerk in Moabit weiter verarbeitet. Solche Zulieferteile mussten zuvor aufwendig gegossen werden. „Dieser Prozess zog sich früher über mehrere Wochen hin“, sagt Andreas Fischer-Ludwig. „Mit dem Laserdruck geht das in 48 Stunden. Außerdem ist das Ergebnis genauer.“ Diese Schnelligkeit eröffnet vor allem für die Produktentwickler neue Möglichkeiten. Sie können das produzierte Teil aus dem Laserdrucker begutachten, Verbesserungen vornehmen und zurück schicken. „Während die Entwicklung neuer Zulieferteile früher Monate dauerte, lässt sich das durch den 3D-Drucker im Idealfall innerhalb von Wochen erledigen“, sagt Andreas Fischer-Ludwig. „Dadurch werden die Innovationszyklen drastisch verkürzt.“ Er befürchtet nicht, dass Wissen verloren gehen könnte, wenn Facharbeiter künftig nicht mehr viele Monate mit der Herstellung eines bestimmten Teils verbringen. „Ihr Wissen wird durch den Laserdrucker ja nicht unnötig, im Gegenteil“, sagt Fischer-Ludwig.

Langwierige Entwicklung

Derzeit versuchen die Forscher noch, überhaupt erst mal eine funktionierende Schaufel für die Gasturbinen mit dem 3D-Drucker herzustellen. Das ist bislang noch nicht gelungen. Die bisherigen Prototypen sind weniger stabil als die Schaufeln, die auf dem herkömmlichen Weg produziert werden. Wenn das Metall der Schaufel nach dem Gießen langsam erkaltet, gewinnt es seine spezifische Zähigkeit. Diese ist notwendig, damit die Schaufeln in der Turbinen den extremen Kräften bei der Erzeugung von Wärme und Strom stand halten können. Wenn der Laser des 3D-Druckers das Pulvergemisch nur kurz erhitzt, entstehen andere Kristalle, die weniger fest zusammen hängen und somit den Ansprüchen nicht genügen. Doch das beunruhigt Technologiechef Nicolas Vortmeyer nicht. „Wir sehen langfristig enorme Chancen bei dieser Technologie und werden daher von Anfang an dabei sein“, sagt Vortmeyer.

3D-Drucker sind dabei längst nicht mehr nur etwas für Spezialbetriebe der Industrie. Auch Privatpersonen können die neue Technik schon ausprobieren. In vielen Großstädten wie Berlin gibt es bereits Geschäfte, in denen sich beispielsweise Liebespaare oder ganze Familien scannen lassen können. Anschließend wird aus den Vorgaben mit dem 3D-Drucker eine Miniatur aus Plastik erstellt.