Gleich und doch nicht gleich: eine Posaune aus dem 3D-Drucker

Sieht aus wie eine klassische Posaune, klingt wie eine klassische Posaune – ist aber superleicht und aus Kohlefaser statt Messing. Um das Musikinstrument aus diesem Rohstoff fertigen zu können, bietet die additive Fertigung die passenden Voraussetzungen: Hier können die entsprechenden Formen gefertigt werden, mit deren Hilfe anschließend das Instrument entsteht.

Anna-Lena Rotter studierte Maschinenbau im Bachelor, war für ihre Abschlussarbeit auf der Suche nach einem Projekt und kam dabei auf Posaunen-Formen aus dem 3D-Drucker. Was zunächst als Schnapsidee begann, wurde zu einem sehr erfolgreichen Projekt. In diesem Interview mit dem K-MAG erklärt sie, welche Schwierigkeiten ein solches Vorhaben mit sich bringt und welche Zukunft sie für diese Art der Fertigung im Bereich der Musik sieht.

Frau Rotter, wie kamen Sie auf die Idee, die Formen für eine Posaune im 3D-Drucker herzustellen?

Anna-Lena Rotter: Die Idee, die Formen für eine Posaune im 3D-Drucker herzustellen, ist durch Zufall entstanden. Anfangs stand nur die Schnapsidee, eine Posaune aus Kohlefaser herzustellen, im Raum und ich hatte bereits gedanklich viele Möglichkeiten an Verfahren und Technologien durchdacht. Nachdem ich Erfahrungsberichte von Modellbauern über die Anwendung von 3D-Druckern im Hobbybereich gelesen habe, hatte ich die Erleuchtung. Mit dem vom Studium vermittelten Grundwissen über die additive Fertigung und den Erfahrungsberichten fasste ich dann schließlich den Entschluss, die Formen mithilfe eines 3D-Druckers herzustellen. Die additive Fertigung, speziell das FLM-Verfahren, wies für mich einige wertvolle Potenziale auf, die für die Umsetzung der Posaune aus faserverstärkten Kunststoffen nötig waren: Neben den wirtschaftlichen Gründen wie den Anschaffungs-, Material- und Fertigungskosten bietet das FLM-Verfahren fast unbegrenzte Möglichkeiten, komplizierte Konturen und multifunktionale Formhälften herzustellen.

Wie lief der Prozess von der ersten Idee bis zur fertigen Form ab?

Rotter: Vor der Herstellung der fertigen Formhälften war ein langer Entwicklungsprozess notwendig – die Idee, die Posaunenteile mithilfe von additiv gefertigten Formen herzustellen, gestaltete sich zunächst schwieriger als gedacht. Die Dimensionierung für die Fertigung einer Posaune, die ausgestreckt grob geschätzt aus einem durchschnittsvariierenden Rohr mit circa 1,40 Metern Länge besteht, mit einer Form beziehungsweise zwei Formhälften zu erfassen, war nicht denkbar. Als Folge musste ich die Posaune in mehrere kleinere Segmente aufteilen, die sowohl additiv als auch kohlefasertechnisch herstellbar waren. Mit den ersten weiteren Überlegungen zu den Anforderungen der Posaune und zu den einzelnen Formhälften konnte ich die Konstruktion mithilfe der Studentenversion von SolidEdge umsetzen. Die ersten Prototypen der Formhälften wurden dann auf einem Ender 3V2 bei mir zu Hause gefertigt und für die Herstellung eines Kohlefaserbauteils verwendet. Nach weiteren Optimierungsmaßnahmen für die Formhälften und einem weiteren Kohlefaserbauteil konnte ich das Konzept für die endgültigen Formhälften übernehmen und diese für den Bau der Posaune aus Kohlefaser nutzen.

Wie zufrieden sind Sie mit den Ergebnissen, also einerseits der Form und andererseits der danach entstandenen Posaune?

Rotter: Ich war und bin immer noch sehr überrascht über die positiven Ergebnisse. Auf der einen Seite war die Idee, die Formen mit additiver Herstellung zu fertigen, unbezahlbar. Die Genauigkeiten der Formen waren in einem sehr kleinen Toleranzfeld und die damit hergestellten Kohlefaserteile bedurften kaum Nacharbeit. Trotz der unförmigen Konturen der Formhälften und den ungünstigen Baurichtungen kam es während des Herstellungsprozesses der fertigen Formen zu fast keiner Störung. Die Güte der Formen war zudem in einem hohen qualitativen Bereich, sodass die Oberflächen nur geringfügig nachbearbeitet werden mussten.

Während Musiker und Musikerinnen bei den Instrumenten aus Metall stetig Angst vor Dellen und Kratzern haben, ist die Posaune aus Kohlefaser dagegen wesentlich beständiger und verkratzt nicht so schnell. Alles in allem kann ich bestätigen, dass ich mit den Ergebnissen, sprich den additiv gefertigten Formhälften und der Kohlefaserposaune, sehr zufrieden bin und mich über das gelungene Projekt sehr freue.

Wie sehen Ihre weiteren Pläne aus – war das ein einmaliges Experiment oder möchten Sie die Herstellung von Instrumenten auf diese Weise weiter verfolgen?

Rotter: Das war auf jeden Fall kein einmaliges Experiment – die Optimierungsmöglichkeiten für die Herstellung der Formen der Kohlefaserinstrumente sind außerdem noch lange nicht ausgeschöpft. Neben dem FLM-Verfahren existieren auf dem Markt ja noch einige weitere Fertigungsmöglichkeiten der additiven Fertigung und andere Herstellverfahren von Kohlefaserteilen, die weiter etabliert und verfolgt werden sollten. Vor allem im Bereich der Herstellung der Prototypen und der ersten Kleinserien von Musikinstrumenten aus faserverstärkten Kunststoffen wird die additive Fertigung für mich ein wichtiges Hilfsmittel darstellen. Auf die Dauer sind aber auch Formen aus Aluminium oder anderen Werkstoffen für die Fertigung von größeren Serien denkbar.

Was denken Sie, wie sich der Einsatz des 3D-Drucks weiter entwickeln wird?

Rotter: Die additive Fertigung wird für die Etablierung der Instrumente aus Kohlefaser weiterhin nicht wegzudenken sein. Sie bietet für die Herstellung von Prototypen, Kleinserien oder ersten Mustern sowohl im wirtschaftlichen, fertigungstechnischen als auch im zeittechnischen Bereich einige Vorteile und wird dadurch eine wichtige Rolle im weiteren Entwicklungsprozess spielen.