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Montag • 11:30
14.7.2003
Marmorskulpturen mit 3-D-Spritztechnik formen
Folkert Lenz

Luftverschmutzung und aufdringliche Touristenhände bedrohen die Kunstwerke in antiken Stätten und Museen in aller Welt. Viele der kostbaren echten Stücke werden schon unter Verschluss gehalten - zum Schutz vor schädlichen Abgasen oder schlichtem Diebstahl. Dann aber muss Ersatz her.

Forscher am Bremer Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik haben jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem Büsten und Skulpturen kostengünstig und schnell kopiert werden können: Aus Marmorstaub, der bislang in Ägypten, Griechenland oder Italien beim Steinsägen als Abfall anfiel.

Viel ist nicht zu hören, wenn in der Laborhalle des Bremer Fraunhofer-Instituts ein Marmorkopf quasi aus dem Staub geboren wird. Mit einem 3-D-Printer stellen die Werkstoffforscher hier Eins-zu-Eins-Kopien wertvoller antiker Statuen her - aus dem pulverisierten Abfall, der beim Sägen von Marmorblöcken in ägyptischen, italienischen oder griechischen Steinbrüchen anfällt.

Ein Topf mit extrem fein gemahlenem Marmorstaub steht hinter einer gläsernen Maschinenabdeckung. Alle paar Minuten wird die Oberfläche von einem Schieber glattgestrichen, dann saust ein Druckkopf über der Pulverbox hin und her. "Rapid Prototyping" heißt dieses Verfahren, erklärt der Bremer Physiker Ingo Wirth:

Das Prinzip ist das eines Tintenstrahldruckers. Wir haben hier acht Düsen, die drücken Binder in dieses Pulver hinein, in den Marmorstaub und verkleben diesen Marmorstaub dann zusammen. Das geschieht schichtweise: Lage bei Lage. Und eine Lage ist etwa 150 bis 170 Mikrometer dick.

Der Düsenkopf bringt winzige Tropfen Klebstoff an die Stellen, aus denen dann Schicht für Schicht das Duplikat wächst. Zwei Digitalkameras haben zuvor die Maße und Konturen des Originals erfasst - an seinem Standort und ohne das zerbrechliche Werk zu berühren. Ein Computer hat daraus das dreidimensionale Vorlagemodell errechnet.

Die 3-D-Drucktechnik gibt es für metallische Werkstoffe schon seit zwei Jahren. So können kompliziert aufgebaute Maschinenteile ohne Fräsen und Bohren, ohne den Einsatz aufwändiger Spritzgussformen hergestellt werden. Der Einsatz von Marmorstaub ist allerdings neu. Am schwierigsten sei es gewesen, die richtige Korngröße für das Pulver zu finden, sagt der Maschinenbau-Ingenieur Dirk Hennigs:

Wenn Sie jetzt Partikelgrößen dabei haben, die deutlich größer sind als diese Schichtdicke, dann kriege ich keine gleichmäßige Schicht aufgebaut, weil sich das zu große Partikel letztlich wie ein Felsbrocken dann durch die Schicht beim Aufbauen durchzieht und mir das gleichmäßige Auftragen der Schicht natürlich kaputtmacht.

Einen solchen 3-D-Drucker wie in Bremen gibt es in ganz Europa kein zweites Mal. Nach rund ein und ein halb Tagen hat die dreidimensionale Druckmaschine ihren Job getan. Der Fußball große Ersatzkopf für die Hygeia-Büste muss nun vorsichtig geborgen werden. Mit Pinsel und Spachtel, wie Ingo Wirth erklärt:

Der ist ja in diesem Pulverbett eingedruckt, und rundherum ist das Pulver, was noch lose ist. Man kann sich vorstellen: Als wenn der in Sand drin ist und teilweise ist der Sand verklebt und außen rum ist er lose. So nehmen wir den Kopf dann raus. Dann ist dann zunächst nur verklebt. Das ist noch nicht richtig stabil.

Kein Wunder: Rund ein Drittel des Volumens besteht aus kleinsten Poren und damit aus Luft. Die muss raus und ersetzt werden, wenn der Kopf nicht wieder zu Staub zerfallen soll. Unter einer Vakuumglocke saugt die rohe Büstenkopie das nötige Bindemittel wie ein Schwamm auf. Der Ingenieur Hennigs

In diese kleinen Lufteinschlüsse wird ein spezieller Bindestoff eininfiltriert. Dieses Bindemittel reagiert, härtet aus - zusammen mit den Marmorpartikelchen. Und nach ungefähr einem halben bis maximal drei Viertel Tag Wartezeit ist das Material so weit ausgehärtet, dass ich durchaus einen Hammer nehmen und dagegen hauen kann, ohne dass was passiert.

Was in dem Bindemittel drin ist, verraten die Bremer Forscher nicht, denn das ist gerade der Clou. Übrigens dürfte die Freude an den Repliken von langer Dauer sein: Sie halten Temperaturen zwischen minus 30 und plus 100 Grad aus, widerstehen auch UV-Strahlen und aggressiven Salzen wie zum Beispiel in der Meeresluft.

Der Kopf der griechischen Gesundheitsgöttin Hygeia, den Ingo Wirth da in den Händen wiegt, sieht exakt so aus wie sein Vorbild. Die Kopie kann jetzt ganz nach Wunsch weiter bearbeitet werden, sagt Dirk Hennigs:

Problemlos mit Schmirgelpapier, mit allen normalen Poliermethoden, die es gibt. Wir haben genau so gut auch an den Teilen gedreht und gefräst. Also die ganze normale mechanische Bearbeitungspalette ist machbar

Bislang mussten Museen, die ihre Kostbarkeiten durch Duplikate ersetzen wollten, Kopien vom Steinmetz anfertigen lassen - per Hand. Das Verfahren aus Bremen ist deutlich billiger und geht viel schneller. Auch die Reparatur von Skulpturen ist nun kein Problem mehr.

Die zweite große Anwendung ist - wenn ich das so lax sagen darf - der Ersatzteilbau für Originale. Wenn durch irgend welche Transportschäden - zum Beispiel, wenn von einem Museum ins andere umgelagert wird - trotz aller Vorsicht mal was kaputt gegangen ist. Meinetwegen die Nase oder ein Ohr abgebrochen.

Quasi so ganz nebenbei haben die Bremer Werkstoff-Fachleute bei ihren Experimenten auch ein Verfahren entdeckt, den Marmorstaub beim Pulver-Spritzguss verwenden zu können. Das erlaubt die massenhafte Herstellung von Marmorfiguren. Fest im Visier haben die Verfahrenstechniker schon Olympia in Griechenland im kommenden Jahr: Für das Sport-Spektakel wollen sie handliche Nachbildungen der Akropolis oder des Athener Olympiastadions als Souvenirs in Serie produzieren.

Link: Fraunhofer Institut
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