3D-gedruckte Stahlbrücke von MX3D.

INNOVATIVE INFRASTRUKTUR
Mit 3D-Druck auf dem Weg in die Zukunft

Die 3D-Druckwerkstatt und Entwicklungseinrichtung von MX3D

Mit Hilfe von Lenovo Workstations hat MX3D die weltweit erste voll funktionsfähige Brücke aus Stahl in 3D gedruckt – eine Revolution in der Fertigungsindustrie. 

Wenn Sie es sich vorstellen können, kann MX3D es drucken. Das Unternehmen setzt wortwörtlich neue Maßstäbe für den 3D-Druck, indem es die fortschrittlichsten Technologien nicht nur für Alltagsgegenstände, sondern auch für Design-Abteilungen und Produktionsstraßen nutzt. Dadurch hoffen sie, dass wir auf eine neue Art und Weise bauen, leben und reisen können. In der Zukunft, die sich MX3D vorstellt, werden Menschen eines Tages in 3D-gedruckten Häusern leben, 3D-gedruckte Autos fahren und vielleicht sogar eine 3D-gedruckte Kolonie auf dem Mond bewohnen. 

Derartige Strukturen erfordern innovative Konstruktions- und Designtechniken, für die handelsübliche 3D-Drucker mit ihren begrenzten Materialien und schachtelartigen Vorrichtungen kaum geeignet sind. Um die ehrgeizigen Pläne umsetzen zu können, musste man bei MX3D in größeren Maßstäben denken, doch die Technologie für den 3D-Druck, die das Unternehmen brauchte, existierte noch gar nicht. Also hat MX3D sie einfach erfunden. 


Das revolutionäre Gerät des Unternehmens für den 3D-Druck wurde 2014 fertig gestellt. Es unterscheidet sich von herkömmlichen 3D-Druckern, die Polymerschichten aufeinander legen, um einen am Computer modellierten Gegenstand zu erzeugen. Das Druckgerät von MX3D lässt sich am ehesten als eine Mischung aus Industrieroboter und Schweißapparat beschreiben – Eigenschaften, dank derer die Maschine massive Strukturen in nahezu jeder Form und Größe mitten in der Luft drucken kann, und zwar mit zähen Materialien wie Stahl und Harz. Wenn die Roboter einen Abschnitt eines Projekts fertig gestellt haben, bewegen sie sich auf der neu entstandenen Fläche weiter und setzen den Druck- und Schweißvorgang fort. 

Die Anwendungsmöglichkeiten für die Drucktechnik von MX3D reichen so weit wie die Fantasie. Eine Handvoll der 3D-gedruckten Skulpturen des Unternehmens wird bereits in Museen weltweit ausgestellt, doch die innovative Technologie hat das Potenzial, weit über Kunst und die Herstellung kleinerer Gegenstände hinaus auch in der Schwerindustrie und Massenproduktion eingesetzt zu werden. Die Firma hofft, die Roboter-Schweißarme irgendwann auf Räder montieren zu können, so dass sie sich in einer Fabrik und/oder auf einer Baustelle frei bewegen und dort genutzt werden können, wo sie gerade gebraucht werden, ob beim Bau einer Wohnanlage, eines Flugzeugs oder sogar eines Hochhauses. 


Die 3D-Druckwerkstatt und Entwicklungseinrichtung von MX3D.

Die Anwendungsmöglichkeiten für die Drucktechnik von MX3D reichen so weit wie die Fantasie. Eine Handvoll der 3D-gedruckten Skulpturen des Unternehmens wird bereits in Museen weltweit ausgestellt.


Für die anfängliche Machbarkeitsstudie wählte MX3D die Wasserwege von Amsterdam. Die Stadt ist mit ihren über 160 Kanälen, die sich durch die sumpfige Landschaft ziehen, ein Meisterwerk des Wasserbaus. Diese Kanäle hätten aneinandergereiht die Länge von über 1.000 Fußballplätzen. Um ein solch wasserreiches Gebiet zu durchqueren, benötigt man Boote und vor allem Brücken. 

"Wir hielten es für sinnvoll, eine Brücke herzustellen, um zu zeigen, dass die Technik, dass eine Technologie wie 3D-Druck, tatsächlich bereit für den industriellen Einsatz ist”, erklärt Tim Geurtjens, Mitbegründer und CTO von MX3D. „Mit [3D-Druck] lassen sich haltbare, effektive, funktionale Objekte erzeugen. Und die Brücke ist wirklich ein Beweis dafür.”

Roboterarm, den MX3D zum 3D-Drucken nutzt.

Eine Brücke zu bauen, ist kein kleines Unterfangen, und die Konstruktion dieser menschengemachten Überführungen bereitet Konstrukteuren bereits seit der Antike Kopfzerbrechen. Die ersten Brücken waren rudimentäre Strukturen aus Holz und Lehm, bevor Stein und später Stahl aufgrund ihrer Haltbarkeit und Festigkeit die bevorzugten Baumaterialien wurden. 

Jede Brücke, ganz gleich, wie elementar ihre Materialien sind, muss einen Ausgleich zwischen denselben physischen Kräften schaffen: Spannung und Stauchung. Erstere ist eine nach außen ziehende Kraft, Letztere eine nach innen drückende Kraft. Diese Kräfte kanalisieren ihre Lasten auf eine Reihe von Stützen in der Mitte und auf jeder Seite der Struktur und gewährleisten so, dass das Gewicht der Struktur und das Gewicht, das sie trägt, gleichmäßig über die Fläche verteilt werden. Obwohl Brücken überall zu finden sind, sind sie doch ausgefeilte Meisterwerke der Technik, und der kleinste Rechenfehler kann zu einem katastrophalen Einsturz führen. 

Für MX3D musste es aber eine Brücke sein.

3D-gedruckte Stahlbrücke von MX3D.

Hierfür nutze MX3D die Workstation-Lösungen von Lenovo, insbesondere die Lenovo ThinkStation P910, die genügend Leistung bietet, um unglaubliche Mengen an Informationen effizient zu verarbeiten.

Im Herbst 2018, nach sechs Monaten Drucken und Jahren der Entwicklung, war die Brücke von MX3D – beeindruckende 12,5 Meter gewellten rostfreien Stahls – endlich fertig. Aufgrund von Einschränkungen durch Umweltschutz und Genehmigungsanforderungen konstruierte das Unternehmen die Brücke im Labor, von wo aus sie schließlich mit einem flachen Boot an ihren endgültigen Platz am Oudezijds Achterburgwal gebracht werden wird, einem berühmten Kanal in der historischen Altstadt von Amsterdam. 

Der 3D-Drucker wird von einer fortschrittlichen Software gesteuert, die riesige Datenmengen verarbeitet. Hierfür nutze MX3D die Workstation-Lösungen von Lenovo, insbesondere die Lenovo ThinkStation P910, die genügend Leistung bietet, um unglaubliche Mengen an Informationen effizient zu verarbeiten, während gleichzeitig Anwendungen zur Topologieoptimierung wie Autodesk Fusion 360 laufen. 

“Die Workstations sind wirklich wichtig für uns, um unsere Software anwenden und die komplizierten Formen der Brücke berechnen zu können”, so Guertjens.
 

Ein Designtechniker von MX3D arbeitet mit dem Lenovo ThinkPad P40 Yoga.

Mit einer Lenovo ThinkStation können die Techniker die Statistiken der Brücke in Echtzeit ermitteln und verfolgen. 


Für Änderungen während der Ausführung verlassen sich die Techniker und Designer von MX3D auf das Lenovo ThinkPad P40 Yoga, mit dem sie Neuerungen skizzieren und schnell und einfach umsetzen können. Wenn man etwas so Massives und Kompliziertes wie eine Brücke herzustellen versucht, ist das unverzichtbar. 

Und die Arbeit ist damit noch lange nicht beendet. Wenn die Brücke einmal an ihrem Platz steht, wird sich MX3D an die Schaffung einer „intelligenteren Brücke” machen. Eine Reihe von Sensoren entlang der Struktur wird alles überwachen, von strukturellen Messungen wie Belastung und Vibration bis hin zu Umweltdaten wie Luftqualität und Temperatur. Mit einer Lenovo ThinkStation können die Techniker die Statistiken der Brücke in Echtzeit ermitteln und verfolgen, wie sich die Struktur mit der Zeit verändert. Schließlich wird die Brücke „lernen”, Faktoren wie zum Beispiel Anzahl und Geschwindigkeit der sie überquerenden Fußgänger zu verstehen. 

Diese Daten werden zur Schaffung eines „digitalen Zwillings” der Brücke verwendet, der ihre Nutzungseigenschaften und ihr Verhalten live widerspiegeln und den Technikern die Möglichkeit geben wird, verschiedene Veränderungen zu testen, die in zukünftigen Konstruktionen zum Einsatz kommen werden. Laut Guertjens wird die „intelligentere Brücke” eine Art „lebendes Labor” sein. Schließlich hat MX3D die Zukunft im Visier, und die attraktive Fußgängerbücke ist erst der Anfang dessen, was das Unternehmen mit 3D-Druck erreichen möchte. 

Die Brücke im 3D-Druck – eine reizvolle Synthese aus traditionellem Designgefühl und der Technologie des 21. Jahrhunderts – ist für MX3D erst der Anfang. Der beeindruckende Fußgängerüberweg „beweist, dass 3D-Druck in großem Maßstab mit nachhaltigen Materialien und freier Form möglich ist”, so der Mitbegründer von MX3D Joris Laarman. Er bezeichnet die Brücke als eine „wundervolle Metapher”, die ein Aufeinandertreffen von Alt und Neu auf eine Weise darstellt, „die von beidem das Beste zum Vorschein bringt”.

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