Ersatzteile für das Transportwesen aus dem 3D-Drucker : Datum: 02.06.2026

Züge der Deutschen Bahn sind bis zu 40 Jahre lang auf den Schienen unterwegs. Doch einzelne Bauteile haben lange vorher ausgedient; Bahnfahrende kennen verschlissene Sitze. Aber auch äußere Bauteile halten bei Geschwindigkeiten von 160 bis 200 Kilometern in der Stunde keine vier Jahrzehnte durch – etwa die Frontschürze eines Zuges. „Da die zu ersetzenden Komponenten in der Regel Einzelstücke sind und für gewöhnlich nicht auf Lager liegen, bietet sich die additive Fertigung an“, sagt Andreas Krombholz von der studio.201 software GmbH aus Magdeburg. Er leitet das Verbundvorhaben „Qualitätsgerechte Herstellung von obsoleszenten Bauteilen für das Transportwesen mittels generativer Verfahren“. Das Projekt gehört zum sachsen-anhaltischen AddiQ-Forschungskonsortium. Dessen Name leitet sich ab von „Additive Fertigung und Qualitätssicherung“. Es wird innerhalb des RUBIN-Programms für „Regionale unternehmerische Bündnisse für Innovation“ vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert.

Unter anderem an einer Sitzschale und einer Frontschürze weist das Projekt nach, dass Bauteile für den Anwendungsfall im Transportwesen additiv gefertigt werden können und den hohen Anforderungen gerecht werden. Was den 3D-Druck als generatives Verfahren auf nächst höherer technologischer Stufe auszeichnet, sind das neue Material und die detaillierte, sensorgesteuerte Qualitätsüberwachung während des Herstellungsprozesses. 

Weiterentwicklung des Granulat-Drucks 

„In der Regel arbeiten 3D-Drucker mit Filamenten, das sind aufgespulte Kunststofffäden in beliebiger Länge. Der 3D-Druck mit Granulaten ist ergiebiger, schneller und somit preiswerter“, betont Thomas Wagner vom Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). „Die Granulat-basierte Drucktechnologie“, so Wagner, „gibt es erst seit etwa fünf Jahren. Sie wurde von unserem Forschungsbündnis weiterentwickelt“.

Das Granulat für die hochbelastbaren 3D-Druck-Bauteile ist ein Verbundwerkstoff aus einem synthetisch hergestellten technischen Kunststoff (Polyamid) und weiteren Zusatzstoffen, die die gewünschten Materialeigenschaften erzeugen. Das Institut für Kunststofftechnologie und -recycling IKTR in Weißandt-Gölzau hat das Material entwickelt und nachgewiesen, dass es den hohen Qualitätsansprüchen entspricht. Thomas Wagner zählt einige geforderte Material-Charakteristika auf: Es muss witterungsbeständig sein und stabil gegenüber Dauerbelastung und mechanischen Einwirkungen. Es soll exakt geometrisch formbar sein, schließlich müssen sich die Bauteile passgenau einsetzen lassen. Und vor allem: Das Material darf nicht brennen, beziehungsweise es muss selbstlöschend sein. Um dies zu erreichen, wurden dem Polyamid Brandhemmer und zur mechanischen Verstärkung Kohlenstoff- und Glasfasern beigemischt.

Sensoren mit spezieller Software verbunden

Für die Überwachung des Herstellungsprozesses – vom über 200 Grad heißen Schmelzvorgang bis hin zum Aufeinanderdrucken der Schichten – sorgt eine weitaus detailliertere Sensorierung als im klassischen 3D-Druck. Die Messtechnik wurde am Fraunhofer IMWS in Halle entwickelt und unter Leitung von Marco Rühl in den 3D-Druckroboter eingebaut. „Die speziellen Sensoren“, erklärt er, „sitzen unter anderem am Extruder, der das Material aufschmilzt und durch eine Düse presst“. Der Extruder ist ein Teil des Druckkopfes am Ende des Roboterarms, dessen Bewegungen die gewünschte Form des Bauteils Schicht für Schicht heranwachsen lassen. Da ist gleichbleibende Qualität gefordert. 

Die studio.201 software GmbH aus Magdeburg hat die spezielle Software für die Sensor-gesteuerte Überwachung und Qualitätssicherung entwickelt. Die Sensoren erfassen Temperatur, Feuchte und andere Prozessparameter bei der Verarbeitung des Materials. Die Parameter, so Andreas Krombholz, seien wichtig für die Haftung der Schichten und für die mechanischen Eigenschaften, die für die Bauteile gefordert sind. Zudem sollen die Sensoren Fehler in Echtzeit anzeigen beziehungsweise bei Unregelmäßigkeiten in den Prozess eingreifen und ihn regulieren wie etwa bei Blasenbildung in der Schmelzmasse oder bei Rissen in den Schichten. Akademische Abschlussarbeiten würden sich in diesem Zusammenhang mit Fragestellungen zur Automatisierung und zum maschinellen Lernen befassen, sagt Marco Rühl. 

Normen für den Granulat-Druck 

Damit die Bahn-Zulieferer wie im konkreten Fall die Hersteller der Sitzschalen und Frontschürzen darauf vertrauen können, dass sie das 3D-Druckverfahren nebst Material anwenden dürfen, erarbeitet das Projekt unter Federführung der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Halle SLV ein Normungs- und Standardisierungskonzept für den Granulat-Druck. Das soll dem gesamten AddiQ-Konsortium zur Verfügung gestellt werden, sagt Projektleiter Krombholz. „Im einstigen Ballungsraum der chemischen Industrie ist nach wie vor geballte Kunststoffkompetenz zuhause“, begründet er das Interesse der hier ansässigen kleinen und mittleren Unternehmen an der 3D-Drucktechnologie. In einem Verbund mit Forschungseinrichtungen haben sie die additive Fertigung in der Region Halle-Leipzig-Merseburg etabliert. Das AddiQ-Netzwerk will ihnen eine offene Technologieplattform zur Verfügung stellen und sie als Bündnis-Partner gewinnen, um in Mitteldeutschland ein starkes Kompetenzzentrum für die Qualitätssicherung in der additiven Fertigung aufzubauen.

„Das Fraunhofer IMWS ist eine wichtige Anlaufstelle in diesem Kompetenzzentrum“, betont Thomas Wagner: „Hersteller von Materialien und Bauteilen wie auch Maschinenbauer können sich hier über Methoden zur Qualitätsbewertung von 3D-Druck-Bauteilen informieren, eigene Materialien testen und Referenzdrucke herstellen“. Andreas Krombholz spricht von einer neuen wettbewerbsfähigen Profilbildung für die regionale Wirtschaft. Das AddiQ-Konsortium trage dazu bei, dass in der additiven Fertigung auch qualitativ hochwertige Bauteile normenkonform hergestellt werden – womit die Unternehmen Zugang zu den Märkten erlangen können.