2.02.2016

„Wir wollen die Lücke zwischen Gießereitechnik und additiver Fertigung schließen“

Prof. Wolfram Volk ist Leiter des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen (utg) an der Technischen Universität München (Foto: Andreas Bednareck).

Prof. Wolfram Volk, Ordinarius am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen (utg) der Technischen Universität München, ist derzeit viel unterwegs, um Hände zu schütteln und Konzepte vorzustellen. Sein Ziel: die baldige Gründung einer neuen Fraunhofer-Einrichtung für Gießereitechnik und additive Technologien auf dem Gelände der Hochschule. Mit GIESSEREI ONLINE sprach er über die Hintergründe des Vorhabens, verriet, welche Rolle die additiven Technologien in der neuen Forschungseinrichtung spielen sollen und hob die Bedeutung anorganischer Sandbindersysteme für die Branche hervor – deren Einsatzmöglichkeiten zurzeit zentraler Forschungsgegenstand am utg sind.

Prof. Volk, welches ist derzeit das bedeutendste Forschungsprojekt am utg?
Strategisch gesehen ist die Qualifizierung der anorganischen Sandbindersysteme für Formen und Kerne für uns das wichtigste Projekt, ohne die anderen Fachgebiete hinten anzustellen. Am utg haben wir deshalb eine moderne Kernschießmaschine, für die wir  auch den meisten Platz im Institut reservieren. Neben der Tatsache, dass anorganische Bindersysteme umweltschonender sind und die Gussqualität erhöhen, kann ihr Einsatz für Gießereien auch schnell zu einer Existenzfrage werden, wenn man beispielsweise an die EU-Gefahrstoffverordnung denkt. Es kann durchaus sein, dass wir beim konventionellen Cold-Box-Verfahren in einiger Zeit erhebliche Mehrbelastungen haben werden. Die Umweltverträglichkeit unserer Systeme ist eine ganz wichtige Aufgabe, um am Standort Deutschland auch künftig weiter produzieren zu können. Bei der Anorganik müssen der ganze Prozess und die Denkweisen umgestellt werden: Sie haben ganz andere just-in-time-Effekte, d. h. die Wasseraffinität ist anders, sodass z. B. auch das Verarbeiten der Kerne in einem ganz anderen zeitlichen Rahmen abläuft als mit den konventionellen organischen Bindersystemen. Wir beschäftigen uns damit, welche Qualitätssicherungsverfahren und Prüfverfahren etabliert werden müssen, um die Qualität von anorganischen Formen und Kernen dauerhaft sicherstellen zu können. Im Moment ist die Anorganik noch auf Leichtmetall beschränkt. Um sie auch für die Eisen- und Stahlseite zu etablieren, ist weitere Forschung notwendig. Wir möchten uns dieses Fachgebiet in Zukunft auf unser Kompetenzprofil schreiben und Firmen darin unterstützen, auf anorganische Form- und Kernherstellung umzustellen.

Sie sind zurzeit ein Mann mit einer Mission. Ihr Auftrag ist es, eine Fraunhofer-Einrichtung für Gießereitechnik und additive Technologien ins Leben zu rufen. Nach meinen Informationen soll bereits ein Baugrundstück bereitstehen?
Ja, es gibt eine Fläche für eine neue Einrichtung. Wir haben bei uns an der TU München im Bereich Maschinenbau bereits zwei Fraunhofer-Projektgruppen. Die Projektgruppe Ressourceneffiziente Produktion und Verarbeitung, die von Prof. Gunther Reinhart geleitet wird, und die Projektgruppe Formintegrierter Leichtbau (CFK) von Prof. Klaus Drexler. Sie sind etabliert, aber zu klein, um zu einem eigenen Institut zu werden. Vor einiger Zeit startete dann eine Initiative, bei der der Präsident der Fraunhofer Gesellschaft Prof. Reimund Neugebauer feststellte, dass das Thema Gießereitechnik auf der Fraunhofer Landkarte unterrepräsentiert ist. Es gibt zwar eine Projektgruppe in Bremen beim IFAM, die etwa 20 Mitarbeiter umfasst, aber das war‘s auch – im Vergleich zu allen anderen fertigungstechnischen Verfahren ist das sehr wenig. Die weitere Diskussion machte deutlich: wir möchten eine Einrichtung und zwar in Garching bei München. Sehen sie, ein paar Kilometer weiter hat BMW  in Landshut vor einiger Zeit sehr viel Geld in die Hand genommen, um ein Leichtbauinnovationszentrum auf die Beine zu stellen, Schwerpunkte: Leichtmetallguss und CFK. Was sind die Hauptinnovationstreiber für Leichtbau? Einerseits die faserverstärkten Kunststoffe und auf der anderen Seite Integrallösungen, die sehr häufig gießtechnisch hergestellt werden. Nicht nur bei BMW glaubt man, dass es gut ist, diese Verfahren, die häufig konkurrierende Lösungen am Markt sind, zusammenzubringen, um eine Integration zu verwirklichen oder, durch die Kenntnis beider Innovationstreiber, zu verstehen, wann welches Verfahren am besten eingesetzt wird. Zu realisieren ist das, wenn wir  unsere beiden Fraunhofer Projektgruppen zusammenführen und außerdem eine Projektgruppe Gießerei mit Schwerpunkt Sand- und Kokillenguss gründen. Das ist geplant. Dann haben wir den funktionsintegrierten Leichtbau mit der CFK-Kompetenz und als übergeordnete Projektgruppe die ressourceneffizienten Verarbeitungsmaschinen, die sich vorrangig um das Thema Automatisierung und Werkzeugmaschinen kümmert. Das ist eine ideale Kombination, um diesen Zukunftstrend in einer Einrichtung abdecken zu können. Wir können jedes Fachgebiet einzeln bedienen, können aber auch Kooperationsprojekte zwischen diesen Bereichen ins Leben rufen. So ist mit der Motivation BMW die Idee geboren, so etwas auch in der Fraunhofer Welt abzubilden. Aktuell sind wir in der Phase, dass wir einen Auftrag des Fraunhofer Präsidiums haben, die Gründung einer Fraunhofer Einrichtung, bestehend aus diesen drei Bereichen, vorzubereiten. Die bereits etablierten Projektgruppen der Professoren Drexler und Reinhart werden ihren Sitz jedoch in Augsburg haben. Zunächst verfolgten wir die Idee, unsere Gießereigruppe auch in Augsburg zu starten, doch gerade bei den gießereitechnischen Anlagen, z. B. bei einer Versuchsgießerei, brauchen wir die enge Anbindung an den Lehrstuhl. Wir leben ja davon, dass wir Studenten ausbilden und in diesen Forschungsbereich mit integrieren können. Das macht nur Sinn am Standort Garching. Zufällig hat die Fraunhofer Gesellschaft gerade ein neues Gelände erworben, sodass es nun für diesen Zweck zur Verfügung steht.

Wie weit sind Sie denn mit den Plänen für die neue Einrichtung?
Wir sind aktuell dabei, das Gründungskonzept zu erstellen und müssen dann damit durch die Gremien der Fraunhofer Gesellschaft. Da wird auf Herz und Nieren geprüft, ob wir auch ein tragfähiges, dauerhaft erfolgreiches wirtschaftliches Konzept haben. Das verfolgen wir gerade mit großem Aufwand, um den Vorschusslorbeeren durch die Absichtserklärung des Präsidiums auch Taten folgen zu lassen. Wir tun unser Bestes!Dieses Projekt ist erst einmal terminiert bis zum 30. Juni 2016. Im Laufe des Jahres 2016 werden wir hoffentlich so überzeugend sein, dass die Gründung der Einrichtung und parallel dazu die Gründung der Projektgruppe Sand- und Kokillenguss in trockenen Tüchern sind. Es war für mich Neuland zu sehen, auf wie vielen Ebenen eine Zustimmung nötig ist, um sowohl die neue Projektgruppe als auch die Einrichtung ins Leben zu rufen. Aber es ist eine einmalige Chance. Entweder wir sind jetzt erfolgreich oder für einen langen Zeitraum wohl nicht mehr!

Wie soll die neue Einrichtung als Vorläufer eines eigenständigen Instituts finanziert werden?
In 2014 wurde das Institut für Gießereitechnik (IfG gGmbH) in Düsseldorf geschlossen. Es stellt sich die Frage, was wollen wir besser machen? Bei der Fraunhofer Gesellschaft gibt es die Bund-Länder-Kommission, d. h. da hängen wir am Wirtschaftsministerium, das eine Basisfinanzierung bereitstellt. Wir möchten darüber hinaus mit Hilfe strategischer Industriekunden eine Grundfinanzierung hinbekommen. Wenn man sich das Österreichische Gießerei-Institut (ÖGI) in Leoben anschaut, das eine ganz ähnliche Struktur hat wie unsere geplante Einrichtung, läuft das gut. Das ÖGI hat einen direkten Universitätsanschluss, was ich für eine Forschungseinrichtung für elementar halte. Auch unsere neue Einrichtung wird einen solchen direkten Universitätsanschluss haben, denn eine Forschungsinstitution lebt davon, dass sie Nachwuchsförderung betreibt, Doktoranden beschäftigt und einen direkten Austausch mit den Universitäten pflegt.  

Wie möchten Sie die notwendigen Kontakte zusammenbekommen?
Wir sind optimistisch, dass wir das Projekt erfolgreich hinbekommen, weil wir die volle Unterstützung des BDG haben. In der jetzigen Phase ist das unheimlich wichtig für strategische Industriekontakte. Wir brauchen aber auch einen Grundstock an Impulsgebern, die uns mitteilen, was sie im Fachbereich Sand- und Kokillenguss behandeln wollen, sei es im Bereich Formstoffe, der Qualitätssicherung, der Ausschussreduzierung, beim Big-Data-Handling, beim Thema Gießerei 4.0 oder bei der additiven Fertigung. Das lebt aber davon, dass die Fragestellungen, die wir behandeln, auf der einen Seite die Großindustrie und auf der anderen die Grundlagenforschung adressieren. Unsere Existenzberechtigung ist die Förderung des Mittelstands durch Kooperationen. Deshalb freuen wir uns über jeden, der Interesse an einer längerfristigen Zusammenarbeit zeigt. Es wäre für uns natürlich traumhaft, wenn wir uns über alle Firmengrößen hinweg einen Stamm an gießereitechnischen Kontakten aufbauen können: Von der kleinen Gießerei mit 20 Mio. Euro Umsatz bis zu den großen Leichtmetallgießereien in Landshut, Mettingen oder Hannover. Wir müssen für all diese Bereiche Lösungen anbieten, um damit auch das Profil der zu gründenden Projektgruppe zu stärken und hoffentlich damit dauerhaft erfolgreich zu sein.

Nordrhein-Westfalen hat eine starke Metallertradition und verfügt prozentual über den höchsten Anteil an Gießereien in Deutschland. Das neue Institut soll seinen Standort im Süden haben. Ist er richtig gewählt?
Der Standort ist Chance und Risiko zugleich. Auf der einen Seite bietet er Chancen für die kleinen Gießereien vor Ort. Das Risiko ist, dass wir die Vertriebsstrukturen unseres neuen Instituts auf die Hochburgen der mittelständischen Gießereien in Nordrhein-Westfalen aber auch auf allen anderen Regionen in Deutschland ausrichten müssen. Wir denken sehr stark darüber nach, lokale Vor-Ort-Büros zu eröffnen, um diesen Kundenstamm adressieren zu können.  Auch internationale Kooperationen sind interessant. Aber ein Schritt nach dem anderen. Für uns ist ganz klar ganz Deutschland im Fokus und wir werden diese Kontakte entsprechend aufbauen. Es ist durchaus denkbar, dass wir eher kurz- vielleicht auch mittelfristig einen lokalen Standort in Nordrhein-Westfalen aufbauen, der sich um manche Forschungsthemen kümmert, um den direkten Kontakt zu den Kunden sicherzustellen. Auch die Abstimmung mit der IfG Service GmbH ist für uns sehr wichtig, die ja gerade beim Thema Datenaufnahme ein ganz wichtiger Partner für uns ist. Wir möchten mit der neuen Forschungseinrichtung eine Ergänzung des Angebots und keine Konkurrenz sein.

Die additiven Fertigungstechniken sind ja in die neue Einrichtung integriert. Welche Rolle sollen sie spielen?
Man muss das Thema additive Fertigung aus zwei Blickwinkeln sehen: Zum einen gibt es die direkten Verfahren, bei denen das Bauteil selbst entsteht. Mit diesen Verfahren, wie z. B. dem Selektiven Lasersintern (SLS) und dem Selektiven Laserschmelzen (SLM), werden wir uns hauptsächlich im Anwenderzentrum in Augsburg beschäftigen. Für den Standort Garching spielen vor allem die indirekten additiven Fertigungstechniken eine Schlüsselrolle. Indirekt bedeutet dabei konventionelle Fertigung unter Nutzung additiver Technologien. Mit Blick auf die Gießerei heißt das in erster Linie die generative Herstellung von Sandkernen und -formen. Wir werden uns auch der Frage widmen, ob es Hybridmöglichkeiten gibt, sodass wir eine Kombination aus direkter und konventioneller Fertigung haben. Wir möchten die Grenzen herausarbeiten und herausfinden, wann welches Verfahren besser ist. Denn es ist häufig so, dass Materialien die druckbar sind nicht gießbar sind und umgekehrt. Das heißt, schon von den Materialien her haben wir sehr unterschiedliche Anforderungen – aber auch von den gesamten Fertigungskosten. Die Integration der Projektgruppe Verarbeitungsmaschinen in das neue Institut bietet hierbei ein ganz großes Potenzial, um die Lücke zwischen direkter additiver Fertigung und  konventioneller Gießereitechnik durch Hybridlösungen zu schließen und damit auch Antworten dafür zu liefern, ob das Thema direkte additive Fertigung ein Geschäftsfeld für unsere Gießereien ist. Es ist momentan noch schwer abzuschätzen, ob die direkte additive Fertigung ein Wettbewerber – mit Sicherheit in gewisser Form ja – oder eine Chance für die Erweiterung des Tätigkeitsfelds unserer modernen Gießereien ist. Genau dafür möchten wir in unserem neuen Institut zukunftsfähige Lösungen liefern.Aus Gießereisicht wird der Bereich additive Fertigung der neuen Einrichtung zunächst für das Drucken von Kernen und Formen interessant sein. Wir haben uns dabei auf anorganische Bindersysteme konzentriert. Neu ist, dass BMW  auf Basis unserer abgeschlossenen Forschungskooperation mit voxeljet einen anorganischen 3-D-Drucker gekauft hat. Bei unserer Entwicklungskooperation sind wir mittlerweile so weit, dass wir in die Serienfertigung gehen können. Unser eigener anorganischer 3-D-Drucker hat sich sehr in der Prototypenfertigung bewährt. Wir drucken in der Nacht meistens die Form, gießen sie ab und haben am nächsten Tag den Prototyp. Letztens haben wir das mit einem Gussknoten aus Aluminium gemacht. Dasselbe ist bei Kernen möglich. Durch das 3-D-Drucken kann man weitgehend auf Kernpakete und auf Kernkästen verzichten.

Können die additiven Technologien bzw. der direkte 3-D-Druck Gießereien in Zukunft überflüssig machen?
Nehmen Sie zum Beispiel das SLM-Verfahren. Hier haben sie ein Minimum an 280 % Energieaufwand im Vergleich zu einem reinen gießereitechnischen Produkt.  Sie müssen zunächst ihre Bramme gießen, hierfür brauchen sie den Energieaufwand eines regulären Gießprozesses, dann wird mit mindestens dem gleichen Energieaufwand das Pulver erzeugt. Es ist im Moment ein absoluter Energievernichter, das Pulver aus einer Bramme herzustellen. Dann sind sie schon bei 200 %. Wenn sie das Pulver dann mit sehr energieeffizienten Laserstrahlen wieder zusammengebacken sind sie bei fast 300 %. Beim normalen gießereitechnisch hergestellten Produkt, liegt man durch das vorherige Einschmelzen bei etwa 150 %. D. h. der Energieaufwand beim Gießen ist nur halb so groß. Daher ist auch mit Blick auf die Nachhaltigkeit des Prozesses der direkte 3-D-Druck für mich bei großen Stückzahlen kein Wettbewerber. Bei kleinen Stückzahlen jedoch, wenn die Einmalaufwände ein wesentlicher ausschlaggebender Punkt sind, ist das Verfahren ein klarer Wettbewerber – die Effizienzwerte werden auch noch steigen. Aber man muss sich meiner Ansicht nach strukturell keine Sorgen um die Zukunft einer Gießerei machen. 

Prof. Volk, vielen Dank für das Gespräch!
Das Interview führte Robert Piterek

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