3D-Druck bei der Bahn: Mal eben einen Kleiderhaken für 80 Euro drucken
Ein kaputter Mantelhaken am Fenster, ein gebrochener Klemmenkasten am Motor oder eine zerstörte Vorrichtung, die bei schlechter Witterung Sand vor die Radreifen streut, damit der Zug schneller zum Stehen kommt - bei der Bahn geht im laufenden Betrieb so einiges kaputt. Und die Teile müssen schnell ersetzt werden, was bei einem großen und diversen Fuhrpark eine echte Herausforderung ist. "Ich muss jeden Tag dafür sorgen, dass die Adler-Lok läuft, genauso wie unser neues Flaggschiff, der ICE 4" , sagt der Chef der Instandhaltungstochter der Bahn, Uwe Fresenborg. Manches Rollmaterial sei bis zu 60 Jahre lang im Einsatz, viele Zulieferer halten so lange nicht durch. Die Lösung: 3D-Druck.
Die Deutsche Bahn will künftig mehr Ersatzteile selbst herstellen, sich damit von Zulieferern unabhängiger machen und in vielen Fällen auch Kosten sparen. In den Räumen des Berliner 3D-Druck-Startups Big Rep haben Fresenborg und seine Kollegin Stefanie Brickwede, Projektleiterin 3D-Druck bei dem Unternehmen, die Pläne vorgestellt.
"Für die Instandhaltung unserer Fahrzeuge brauchen wir sofort lieferbare Ersatzteile. Unsere Züge sollen rollen" , sagt Fresenborg. Wenn ein Zug wegen fehlender Ersatzteile einen Tag lang ausfalle, sei das "fast unbezahlbar" , weil die Bahn ihr Qualitätsversprechen nicht halten könne und die Kunden verärgert seien.
Dabei kommt es auch auf Kleinigkeiten an, wie zum Beispiel Mantelhaken am Fenster. "Wenn Sie morgens in den Zug einsteigen und Ihren Mantel nicht aufhängen können, dann sind Sie verärgert - zu Recht" , sagte Fresenborg.
Wenn die Kundenzufriedenheit am Haken hängt
Ein solcher Haken ging nach Angaben von Fresenborg bei einem sehr alten Reisewagenmodell kaputt, der ursprüngliche Zulieferer stellte die Haken aber nicht mehr her. Oft sind Zulieferer auch einfach insolvent und stehen daher nicht für Nachlieferungen zur Verfügung.
In solchen Fällen soll nun der 3D-Druck helfen. Das ursprüngliche Teil wird eingescannt, am Rechner nachbearbeitet und dann, je nach Teil, mit dem passenden Druckverfahren hergestellt. Das ist für sich gesehen nicht unbedingt preiswert - der bei der Veranstaltung gezeigte Haken soll die DB etwa 80 Euro gekostet haben, aber eben deutlich schneller und effizienter, als neue Formen für den Spritzguss herzustellen.
15.000 Teile bis 2018
Noch steht die Initiative am Anfang. Bislang seien rund 1.000 einzelne Teile gedruckt worden, die sich bereits im Einsatz befänden, teilt die Bahn mit. Die 1.000 Teile verteilen sich auf bislang etwa 60 verschiedene Modelle. Bis zum Ende des Jahres sollen rund 2.000 Teile im Einsatz sein, Ende 2018 dann bereits 15.000. Bislang gibt es neben den Mantelhaken schon Kopfstützen für alte Waggons, Lüfterräder für Motorenräume und Ersatzteile für die Kaffeemaschine an Bord.
Die Bahn will nicht selbst zum Druckexperten werden, sondern will bestehende Kapazitäten bei verschiedenen Anbietern nutzen und die Drucke dort in Auftrag geben. "3D-Druck ist eine deutsche Technologie" , sagte Brickwede, ein Mangel an Anbietern bestehe daher nicht.
20 Werkstoffe stehen zur Verfügung
Die Entwicklung will die Bahn nicht alleine gestalten. Mit zahlreichen Partner hat sie das Netzwerk Mobility goes Additive(öffnet im neuen Fenster) gegründet. Gemeinsam mit Bahnen aus Österreich und der Schweiz und Druckfirmen aus verschiedenen Ländern soll ein Netzwerk entstehen, das die Stärken des 3D-Druckverfahrens auch für den Bahnverkehr nutzbar macht. In anderen Bereichen, besonders der Luftfahrt , werden vergleichbare Verfahren nach Angaben von Uwe Fresenborg bereits seit Jahren intensiv genutzt.
Bei den Druckverfahren könne man aus rund 20 verschiedenen Verfahren auswählen. Neben dem klassischen PLA-Druck kann dabei auch das sogenannte Selective Laser Melting(öffnet im neuen Fenster) (SLM) zum Einsatz kommen, bei dem ein Werkstoff in Pulverform in einer Wanne schichtweise ausgebracht und dann mit einem Laser verschmolzen wird.
Die Entwicklung schreitet dabei schnell voran: "Ich bekomme vier Mal am Tag einen Google-Alert zum Thema" , sagte Brickwede. Immer wieder seien auch neue Werkstoffe dabei. Schon heute können zum Beispiel Aluminium, Stahl, Gold oder Titan zum Einsatz kommen.
Die Entwicklung führe auch zu Überraschungen: "Vor einem Jahr habe ich gesagt: Die Deutsche Bahn wird niemals mit Titan drucken. Da habe ich wohl gelogen" , so Brickwede. Tatsächlich habe man kürzlich eine Vorrichtung gedruckt, die hilft, den Sand vor den Radreifen der Züge zu verteilen. Titan sei dabei schlicht der wirtschaftlichste Werkstoff gewesen, weil er sich deutlich schneller verdrucken ließe als Stahl.
Meist keine Prüfung durch Eisenbahnbundesamt notwendig
Alle gedruckten Teile müssen geprüft werden, bevor sie in den Einsatz gehen. Diese Prüfung wird allerdings in den meisten Fällen nicht vom Eisenbahnbundesamt durchgeführt, sondern von einer eigenen Abteilung innerhalb des DB-Konzerns. Solange ein Nachdruck zum Beispiel beim Werkstoff die gleichen Festigkeitswerte erreiche oder in seiner Form nicht grundlegend modifiziert werde, sei keine erneute Prüfung notwendig. Auf Nachfrage durch die anwesenden Journalisten gibt sich die Bahn überzeugt, dass die eigenen Prüfkriterien für die Qualitätssicherung ausreichend seien.
Nicht immer beschränkt sich der Prozess des Nachdruckens auf das reine Kopieren alter Teile. "Wir hatten zum Beispiel eine Abdeckung, die immer an einer bestimmten Stelle gerissen ist. Im 3D-Modell haben wir diese dann an der entsprechenden Stelle etwas verstärkt - und seitdem deutlich weniger Kosten für den Austausch" , sagte Brickwede im Gespräch mit Golem.de. Bei einer Abdeckung für Kabel im Motorenraum habe man zudem eine sogenannte "Opferplatte" entwickelt. Wenn diese kaputtgehe, müssen man nur ein kleines Teil der Vorrichtung austauschen - anstatt wie früher das gesamte Teil.
Wer hat das Urheberrecht auf Ersatzteile?
Ein Problem bei den Nachdrucken: Wer besitzt die geistigen Eigentumsrechte an den Schöpfungen? Die Bahn will nach eigener Aussage keine Teile drucken, die mit Patenten belegt sind. Auch sei es nicht das Ziel der Initiative, Teile mit geringfügigen Abwandlungen zu drucken, um keine Geschmacksmuster zu verletzen. Es gehe vielmehr darum, Teile zu drucken, an denen kein anderer Hersteller mehr ein Fertigungsinteresse habe. Die Erfahrung mit verwaisten Werken in Kunst, Musik und Film zeigt aber, dass diese Fragen oft nur sehr schwer abschließend und rechtssicher zu klären sind.
Mit dem 3D-Druckverfahren sollen aber nicht nur kaputte Teile in der eigenen Infrastruktur ersetzt, sondern auch neue Anwendungsfälle geschaffen werden. Vor Ort gezeigt wurden zum Beispiel sogenannte Handlaufschilder für Bahnhöfe, die in Brailleschrift den Weg weisen. Von dem gezeigten Objekt gab es dann gleich zwei Varianten: eine aus Kunststoff und eine aus Metall.
Neue Ausbildungsberufe sollen her
Die Herausforderungen im 3D-Druck sieht die Bahn aber nicht nur in der Technik selbst. Auch bei der Ausbildung müsse sich etwas ändern. "Heute stehen meist Ingenieure neben den 3D-Druckern" , hieß es auf der Veranstaltung - doch das sei in vielen Fällen weder notwendig noch wirtschaftlich. Hier müssen man auch über neue Ausbildungsberufe nachdenken.
An anderer Stelle will man an die Zukunft denken: "Was bedeutet es für einen Logistikkonzern, wenn überall auf der Welt 3D-Drucker stehen - und Kunden ihr Turnschuhmodell vor Ort ausdrucken können?" Möglicherweise würde sich die Rolle eines Logistikunternehmens dann stärker vom Transport von fertigen Waren hin zum Transport von Filament und verschiedenen Pulvern entwickeln. Das will die Bahn mit ihrer internationalen Logistiktochter Schenker klären. Doch bis es so weit ist, wird sie wohl erst noch viele Mantelhaken drucken lassen.