I‑Ma‑Tech‑Projekt „FULMUS – Anwendung von Funktionsintegration und Leichtbau mit Additiver Fertigung im Musikinstrumentenbau“

Autoren: Prof. Dr.-Ing. H. Zeidler / Dr.-Ing. Rezo Aliyev / Dr.-Ing. S. Krinke / M. Krinke, TU Bergakademie Freiberg

Im Rahmen der durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt initiierten Förderinitiative „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ wurde im Bündnis I‑Ma‑Tech die Zukunft des vogtländischen Musikinstrumentenbaus erforscht. Nachdem im Vorgängerprojekt „AMUSE“ die Potenziale additiver Fertigungsverfahren für den Instrumentenbau untersucht wurden, widmete sich das Folgeprojekt „FULMUS“ der Entwicklung einer vollständigen Prozesskette zur Konstruktion, Fertigung und Nachbearbeitung komplexer Baugruppen von Metallblasinstrumenten mittels additiver Fertigung.

Hierfür arbeiteten die Technische Universität Bergakademie Freiberg, die Instrumentenbau Jürgen Voigt GmbH & Co. KG, die Westsächsische Hochschule Zwickau sowie die Additive Drives GmbH eng zusammen. Ziel des Projektes war die Integration modernster additiver Fertigungstechnologien in traditionelle Herstellungsprozesse des Musikinstrumentenbaus, um neue konstruktive Möglichkeiten zu erschließen und gleichzeitig den Herausforderungen der Branche – wie Fachkräftemangel, steigenden Qualitätsanforderungen und Lieferabhängigkeiten – zu begegnen.

Im Zentrum des Projekts stand die Entwicklung einer additiv gefertigten Baugruppe für eine Schalmei. Während diese Baugruppe konventionell aus rund 30 Einzelteilen in aufwendiger Handarbeit gefertigt und montiert werden muss, konnte sie im Projekt FULMUS zu einem einzigen, funktionsintegrierten Bauteil konsolidiert werden. Möglich wurde dies durch den Einsatz des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens (PBF‑LB/M), einem industriellen Metall‑3D‑Druckverfahren.

Im Verlauf des Projektes wurden unterschiedliche Werkstoffe und Fertigungsstrategien untersucht. Nach umfangreichen Analysen fiel die Entscheidung auf den Werkstoff Edelstahl 316L, da dieser eine hohe Prozessstabilität, gute akustische Eigenschaften sowie hervorragende Voraussetzungen für die Nachbearbeitung bietet. Durch mehrere iterative Entwicklungsschritte konnten die Geometrien der Bauteile hinsichtlich Strömungsführung, Gewicht, Stabilität und Fertigbarkeit optimiert werden.

Ein wesentlicher Bestandteil des Projektes war zudem die Entwicklung einer geeigneten Oberflächenbearbeitung für additiv gefertigte Musikinstrumententeile. Hierfür wurde eine kombinierte Prozesskette aus einem speziellen automatisierten Strahlverfahren und plasmaelektrolytischem Polieren (PeP) entwickelt. Damit konnte die für den 3D‑Druck typische Oberflächenrauheit deutlich reduziert und gleichzeitig eine hochwertige, glänzende Oberfläche erzeugt werden, die den Anforderungen des Musikinstrumentenbaus entspricht.

Die praktischen Untersuchungen und Spieltests zeigten, dass die additiv gefertigten Bauteile hinsichtlich Spielbarkeit, Klangcharakteristik und Dichtheit mindestens gleichwertig zu konventionell gefertigten Komponenten sind. In einzelnen Bereichen konnten sogar Vorteile hinsichtlich Stabilität und Fertigungspräzision festgestellt werden. Damit konnte erstmals nachgewiesen werden, dass komplexe Baugruppen von Metallblasinstrumenten wirtschaftlich und reproduzierbar mittels additiver Fertigung hergestellt werden können.

Eine Zusammenfassung des Projektes findet sich auf der > I-Ma-Tech-Homepage unter Abschlussbericht.

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