I-Ma-Tech-Projekt Additive Fertigung im Musikinstrumentenbau

Von Dr.-Ing. Stefan Krinke, TU Bergakademie Freiberg

Im Rahmen der 2019 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung ins Leben gerufenen Initiative WIR! - Wandel durch Innovation in der Region, werden durch das Vorhaben I-Ma-Tech (Innovative Konzepte für langfristige Sicherung der Material-, Technologie- und Fachkräftebasis für den Musikinstrumentenbau im westsächsischen Vogtland – bereits im August 2023 vorgestellt) in dem Projekt mit dem Akronym „AMUSE“ sowie dem Folgeprojekt „FULMUS“ die Integration der additiven Fertigung in den Musikinstrumentenbau untersucht und umgesetzt.

Hierfür hat sich ein Team aus den Instrumentenbauern der Bereiche Blechbläser, die Firma Instrumentenbau Jürgen Voigt GmbH & Co. KG sowie Streichinstrumente, die Firma Berdani Feinste Bestandteile GmbH und der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, Professur Additive Fertigung, gebildet.

Die Projektpartner heben sich durch ihre jeweilige Expertise Ihrer Bereiche hervor. Der Traditionshersteller Voigt zeichnet sich durch eine mehrere Generationen übergreifende Tradition aus und ist als mittelständiges Unternehmen durch die Herstellung und dem Verkauf von vollständigen Blechblasinstrumenten wie Trompeten, Posaunen, Tuben oder Schalmeien sowie deren Einzelteile bekannt. Berdani als traditionelles und innovatives Unternehmen repariert und restauriert die bedeutendsten Streichinstrumente unter Verwendung einheimischer Hölzer. Daneben werden Zubehörteile wie Kinnhalter oder Saitenspanner, auch individualisiert, angeboten. Dabei setzen die Handwerksmeister neben Ihren handwerklichen Fähigkeiten auf modernste Technik. An der Professur für Additive Fertigung wird zur gesamten Prozesskette der Fertigungstechnik geforscht, entwickelt und gelehrt, wobei Themen der additiven Fertigung, umgangssprachlich auch als „3D-Druck“ bezeichnet, der spanenden Fertigung mit geometrisch bestimmter Schneide und das Oberflächenfinish mittels Plasma-elektrolytischem Polieren Schwerpunkte bilden.

Im Bereits abgeschlossenen Projekt „AMUSE“ sowie dem Folgeprojekt, welches bis Ende April 2025 läuft, wird das ehrgeizige Ziel der Integration der Additiven Fertigung in den Musikinstrumentenbau verfolgt. Konträr zur spanenden, also Material abtragenden Fertigung, wie Drehen, Fräsen und Bohren, wird bei der additiven Fertigung, auch bekannt als „3D-Druck“ das Bauteil schichtweise durch Material hinzufügen hergestellt. Damit ergeben sich vollständig neue Ansätze in der Bauteilherstellung sowie im Bauteildesign. Daneben bietet das additive Fertigen die Unabhängigkeit von Zukaufteilen und eliminiert die damit verbundenen Probleme der schwankenden Qualität, hoher Abnahmestückzahlen sowie der Lieferengpässe. Auch ist der stetig steigende Personalmangel an Facharbeitern, Berufseinsteigern oder Lehrlingen im vogtländischen Raum ein Motiv für eine stärkere Automatisierung der Fertigung. Die Schaffung einer von Personal und Zulieferer unabhängigen Fertigung gewinnt am Standort der Firmen Voigt und Berdani zunehmend an Bedeutung.

Im Projekt „AMUSE“ konnte durch einen Variantenvergleich der unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen (PBF – powder bed fusion) zur Erzeugung metallischer Bauteile als bestmögliches Verfahren identifiziert werden. Diese Technologie erlaubt die endkonturnahe Herstellung kleiner Funktionsbauteile wie Saitenspannelemente für Streichinstrumente sowie die Erzeugung von größeren Baugruppenelementen, bestehend aus zwei oder mehr Teilen, welche im Gegensatz zur konventionellen Fertigung in der additiven Fertigung als ein Bauteil gefertigt werden. Weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Produktion über Nacht, was die Fertigungszeiten reduziert. Ein im Projekt entstandenes Bauteil ist der Ventilblock einer Schalmei, welcher normalerweise in aufwendiger Handarbeit aus vielen Einzelteilen luftdicht zusammengebaut werden muss, wurde so mittels 3D-Druck in einem Stück gefertigt.

> Illustration der Prozessschritte der Fertigung

Eine Zusammenfassung des Projektes findet sich auf der I-Ma-Tech > Homepage unter Abschlussbericht. Da die Ergebnisse aus dem Projekt AMUSE vielversprechend waren, wurde das Nachfolgeprojekt FULMUS initiiert.