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Stützstrukturen gehören zum Metall-3D-Druck wie der Grat zum Fräsen: unvermeidlich, aber aufwendig in der Beseitigung. Das Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologien (IAPT) in Hamburg hat ein Verfahren entwickelt, das diesen Nachbearbeitungsschritt automatisiert. Hochfrequente Ultraschallschwingungen bringen die Stützstrukturen gezielt zum Brechen, ohne dass ein Mitarbeiter Hand anlegen muss.
Warum Stützstrukturen ein Produktionsproblem sind
Beim pulverbettbasierten Metall-3D-Druck sind Stützstrukturen bei Überhängen und komplexen Geometrien technisch erforderlich. Sie stabilisieren das Bauteil während des Druckprozesses. Zum fertigen Teil gehören sie nicht, müssen also nach dem Druck entfernt werden.
Gerade bei filigranen oder innenliegenden Strukturen ist das zeitintensiv. Vielfach geschieht es noch manuell, mit Meißel, Zange oder Schleifwerkzeug. Dabei entstehen feine Metallpartikel und Stäube. Je nach Werkstoff, etwa Titan oder Nickelbasislegierungen, ist das ein ernstes Arbeitsschutzproblem. Für Betriebe, die additive Fertigung skalieren wollen, ist diese Engstelle ein realer Kostenfaktor.
Das Ultraschallverfahren im Detail
Das neue Verfahren aus dem Forschungsprojekt „Sonodent“ überträgt hochfrequente mechanische Schwingungen vom Ultraschallsystem auf das eingespannte Bauteil. Ausschlaggebend ist dabei nicht allein die Schallenergie, sondern die gezielte Nutzung von Resonanzeffekten.
Angepasstes Stützstrukturdesign
Die Stützstrukturen werden bereits in der Konstruktionsphase auf die spätere Entfernung ausgelegt. Form, Position und die Verbindungsstellen zum Bauteil sind so gestaltet, dass sie während des Drucks stabil bleiben. Auf definierte Ultraschallfrequenzen reagieren sie dagegen mit starker Schwingung. Die mechanische Spannung konzentriert sich an den vorgesehenen Sollbruchstellen, bis die Stütze abbricht.
Frequenzabstimmung und Kopplung
Die Ultraschallfrequenz wird bauteilspezifisch eingestellt. Ziel ist maximale Schwingungsamplitude an den Stützstrukturen bei möglichst geringer Belastung des eigentlichen Bauteils. Eine geeignete Einspannung des Werkstücks sorgt dafür, dass die Schwingungsenergie effizient vom Ultraschallsystem in das Bauteil eingeleitet wird.
Das Fraunhofer IAPT gibt an, dass sich Stützstrukturen mit diesem Verfahren innerhalb weniger Minuten und ohne manuelles Eingreifen rückstandslos entfernen lassen. Eine Patentanmeldung ist bereits erfolgt.
Ursprung in der Dentaltechnik, Potenzial für weitere Branchen
Entstanden ist das Verfahren im Kontext der Dentaltechnik. Das Fraunhofer-Leistungszentrum IAMHH förderte das Projekt „Sonodent“ im Mai 2026. Dentallabore nutzen 3D-Druck bereits in großem Umfang, die Nachbearbeitung ist dort aber noch weitgehend manuell, was den Automatisierungsdruck erhöht.
Das IAPT sieht das Verfahren nicht auf Dentalbauteile beschränkt. Grundsätzlich lässt es sich auf andere Branchen und 3D-Druckverfahren übertragen, sofern dort Stützstrukturen zum Einsatz kommen. Das betrifft unter anderem die Luft- und Raumfahrt, den Werkzeugbau und die Medizintechnik.
Erstmals öffentlich präsentieren will das Institut die Technologie auf der Formnext, der internationalen Fachmesse für additive Fertigung, vom 17. bis 20. November 2026 in Frankfurt am Main.
Was das für produzierende Betriebe bedeutet
Wer Metall-3D-Druck im Produktionsalltag einsetzt, kennt die Nachbearbeitung als Nadelöhr. Die Druckzeit ist planbar, die Entfernung der Stützstrukturen oft nicht. Manuelle Schritte unterbrechen den automatisierten Ablauf und binden Fachkräfte für Tätigkeiten mit geringem Wertschöpfungsanteil.
Das Ultraschallverfahren des Fraunhofer IAPT setzt genau an diesem Punkt an. Ob es breit industrietauglich ist, hängt davon ab, wie gut sich Stützstrukturdesign und Frequenzabstimmung in bestehende CAD- und CAM-Prozesse integrieren lassen. Offen ist auch, für welche Werkstoffe und Bauteilgeometrien das Verfahren verlässlich funktioniert.
Das Verfahren hat noch keine Serienreife erreicht. Für Betriebe, die ihre additive Fertigung skalieren wollen, lohnt es sich, den Entwicklungsstand zu verfolgen.
