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Forschungsbereich Additive Multimaterial Manufacturing (AM³)

Im Forschungsbereich Additive Multimaterial Manufacturing (AM³) werden fakultätsübergreifend Forschungsideen generiert, Synergien identifiziert und die Nutzung von Forschungsgeräten für interessierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der HTWK Leipzig sowie für Externe ermöglicht.

Zudem verbindet der Forschungsbereich Additive Multimaterial Manufacturing das fakultätsübergreifende Leipzig Center of Materials Science mit dem Institute for Printing, Packaging und Processing (iP3) an der Fakultät für Informatik und Medien, das bereits seit Jahren die Anwendung additiver Fertigungsverfahren im Rahmen der klassischen Druck- und Verpackungstechnik erforscht.

Forschungs- & Entwicklungsschwerpunkte

Einsatz generativer Fertigungsverfahren in der Medizintechnik, wie 3D-Druck von Biomaterialien zur Entwicklung neuartiger Knochenersatzwerkstoffe
Entwicklung von Leichtbauprodukten unter Nutzung generativer Fertigungsmethoden
Einsatz von 3D Messverfahren für reverse engineering Prozesse
Zielgerichtete Anwendung NC-gesteuerter Fertigung für Fräs-, Dreh- und Fräsdrehwerkstücken für den Bereich Forschung, Entwicklung und Wirtschaft

Wir arbeiten beispielsweise an der Verarbeitung biologisch abbaubarer Kunststoffe und Biopolymere, der Umsetzung innovativer Lösungen in der Gießereitechnik und auf dem Gebiet des 3D-Scans. Bei der Lösung unserer Aufgaben setzen wir die gängigen CAD-Systeme CATIA und Inventor ein.

Das Tissue Engineering stellt einen der fachlichen Schwerpunkte der Arbeitsgruppe dar. Hier besteht die Motivation, auf künstlichem Wege biologisches Gewebe mittels gerichteter Zellkultivierung herzustellen, Gewebebereiche zu ersetzen bzw. vollständig zu regenerieren. Bei komplizierten Krankheitsbildern ergeben sich Herausforderungen, wenn sich z.B. der Genesungsprozess über sehr lange Zeit erstreckt. Bisher bewährte Strategien müssen neu überdacht und weiter entwickelt werden.

Implantierbare Materialien, wie Biopolymere (Bsp.: Polycaprolacton; PCL) und Hydrogele sind biokompatibel und können über einen längeren Zeitraum definiert im menschlichen Organismus abgebaut werden. Solche Implantate sind unmittelbar nach der Applikation mechanisch stabil und müssen durch den Abbau im Körper am Ende ihrer Lebensdauer nicht durch Folgeoperationen entfernt werden.

Um vielversprechende Biomaterialien in geometrisch definierte komplexe Strukturen zu überführen, werden in der Arbeitsgruppe generative Verfahren eingesetzt. Wir haben Modifikationen an bekannten 3D-Druckern vorgenommen, um dem Traum des 3D-gedruckten Implantats ein wenig näher zu kommen. Auf diesem Weg finden wir sicherlich noch einige Herausforderungen, die es zu lösen gilt.

Zwei Studierenden betrachten gemeinsam ein Objekt, welches mit Hilfe Additiver Fertigung hergestellt wurde.

Neuer Studiengang

Studium & Lehre

„3D-Druck revolutioniert die Art und Weise, wie Produkte industriell gefertigt werden. Die Transformation vollzieht sich längst und wir möchten kreative Köpfe ausbilden, die diese Veränderung mitgestalten und in diesem hochdynamischen Technologiefeld Innovationen vorantreiben." (Prof. Dr. Ingo Reinhold, Professur Beschichtungsprozesse)

Studiengang „3D-Druck und Funktionale Oberflächen"

AM³-Labor

Das neue, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte „Additive Multimaterial Manufacturing (AM3)“-Labor bildet die künftige Basis für erkenntnisorientierte Forschung an vollintegrierten, multimaterialfähigen Fertigungsprozessen – mit Anwendungen in Wirtschaftszweigen wie Maschinen- und Anlagenbau, gedruckter Elektronik oder medizinischer Sensorik und Diagnostik.

Save the date: Eröffnung des neuen AM³-Labors

Das neue AM³-Labor wird am Mittwoch, den 10. Juni 2026, im Rahmen der Netzwerkveranstaltung “Forschung trifft …” eröffnet. Mehr dazu in der PDF-Datei (barrierearm).

Weitere Informationen zum Programm und zur Anmeldung folgen.

Vorgelagert findet ab dem Vormittag das begleitende Fachsymposium „Additive Multimaterial Manufacturing“ mit Stimmen aus Wissenschaft und Wirtschaft statt.

Forschungsgeräte

Bio-Printer

Der Bio-Printer bietet ein breites Spektrum an 3D-Druck-Möglichkeiten und ermöglicht die Umsetzung neuer Ideen im Multimaterialdruck.

Mehr dazu in der News.

Polymer-3D-Drucker

Der Polymer-3D-Drucker ist geeignet, um neue Materialien und Verfahren zu entwickeln. Außerdem ermöglicht er die schnelle und flexible Herstellung von Prototypen sowie Kleinserienbauteilen zu Forschungszwecken.

Mehr dazu in der News.

Pulverscherzelle

Mit der Pulverscherzelle können Fließeigenschaften von Pulvern für den 3D-Druck bestimmt werden.

Mehr dazu in der News.

Forschungsprojekte

Entwicklung eines Systems zur Planung und Osteosynthese in der orthognathen Chirurgie auf Basis anatomisch präformierter Osteosyntheseplatten und einer Planungssoftware

Innerhalb des Projektes wird ein System für die umfassende Planung Simulation und operative Versorgung in der orthognathen Chirurgie entwickelt. Zentraler Bestandteil sind dabei dreidimensional präformierte Osteosyntheseplatten für jedes Einsatzgebiet in der orthognaten Chirurgie des menschlichen Ober- und Unterkiefers sowie des Kinnbereiches, die eine einfache und verlässliche intraoperative Umsetzung der OP-Planung ermöglichen.

Förderung: ZIM des BMWi (Projektträger VDI)
Projektpartner: Prof. Martin Gürtler (HTWK Leipzig), Anton HIPP GmbH
Projektlaufzeit: 10/2020 – 06/2022

Schwarze Kunststoffteile auf hellem Hintergrund

Entwicklung und Validierung additiver Fertigungsstrategien für die funktions- und geometrieerhaltende Implementierung effektiver Absorberstrukturen in Leitungs- und Gehäusebauteilen

Es werden im Projekt Strukturen und Fertigungsstrategien erarbeitet, welche die additive Fertigung von Bauteilen mit integrierter Schalldämpfungsfunktion ermöglichen. Dabei entstehen physisch belastbare Bauteile, deren Dämpfungseigenschaften reproduzierbar und vorhersagbar sind.

Förderung: ZIM des BMWi (Projektträger AiF)
Projektpartner: Gesellschaft für Akustikforschung Dresden mbH
Projektlaufzeit: 04/2020 – 10/2022

Untersuchung der Biokompatibilität generativ gefertigter Bauteile

Als Teil der Biokompatibilitätsprüfung wird in diesem Projekt die Cytotoxizität verschiedener typischer Materialien der generativen Fertigung aus mehreren Verfahren untersucht.

Projektpartner: Fraunhofer Institut für Zelltherapie und Immunologie e.V.
Projektlaufzeit: 12/2020 – 12/2021

Neuartige Prägeformen mit immanenten, mehrdimensionalen Eigenschaftsgradienten

Das Ziel besteht in der Entwicklung neuartiger Prägeformen, die erstmals in der Kombination von additiven Fertigungsprozessen sowie subtraktiver Lasergravur hergestellt werden können. Mit dem additiven Aufbau bieten sich völlig neue Optionen, um das Werkzeug mit geometrisch sehr variablen, abformoptimalen 3D-Prägestrukturen auszustatten und die Prägeeigenschaften des Werkzeugs gezielt zu beeinflussen.

Förderung: ZIM des BMWi (Projektträger VDI)
Projektpartner: SWG - Sächsische Walzengravur GmbH
Projektlaufzeit: 06/2019 – 12/2021

Entwicklung eines Notfallbeatmungsgeräts zur Unterstützung in der Covid19-Pandemie

Es wurde ein Notfallbeatmungsgerät entwickelt, welches sich auf in der damaligen Pandemiesituation verfügbare Bauteile aus der Medizintechnik, sowie frei verfügbare Drittkomponenten und additiv fertigbare Teile stützt. Damit sollte bei Überbelegung von Intensivstationen und damit einhergehendem Mangel an professionellem Equipment eine lebensrettende Versorgung von Covid19-Intensivpatienten ermöglicht werden.

Projekt einer intern gebildeten Arbeitsgruppe, ohne Förderung, Kooperation mit Firma
Projektlaufzeit: 04/2020 – 06/2020

Projektseite Beat2020

Prozessparametrik und Gestaltungsschrittfolge konturnaher Spritzgusskühlnetztwerke

Innerhalb des Projektes wurden neue Kühlsysteme für Kunststoffspritzgussteile entwickelt. Unter Nutzung 3D-gedruckter Einsätze für die Realisierung einer flächigen konturnahen Kühlung wurde eine Erweiterung der Freiheitsgrade in Bezug auf Standfestigkeit der Schusszeiten und Flexibilität der Gusswerkzeuge erreicht.

Förderung: ZIM des BMWi (Projektträger VDI)
Projektpartner: TriWeFo – Tridelta Werkzeug- und Formenbau GmbH, Hermsdorf
Projektlaufzeit: 05/2018 - 11/2020

Generative Fertigung von Multikanalröhrchen zur peripheren Nervenregeneration

Bisher ist die Heilung von Defekten am peripheren Nervensystem eingeschränkt erfolgreich durch den komplexen anatomischen Aufbau von Nerven. Mit dem Projekt „Multikanalröhrchen“ sollen durch den Einsatz eines neuen Hydrogel-Materials und generativen Verfahrens neue Wege beschritten werden bei der Herstellung eines Implantats, welche die körpereigene Regeneration von Nervendefekten gezielt und in besserer Form unterstützen soll.

Förderung: ZIM des BMWi (Projektträger VDI)
Projektpartner: Professur Pharmazeutische Technologie/Institut für Pharmazie/Medizinische Fakultät/Universität Leipzig, axiss GmbH
Projektlaufzeit: 11/2016 – 03/2019

Publikation: Extrusion-Printing of Multi-Channeled Two-Component Hydrogel Constructs from Gelatinous Peptides and Anhydride-Containing Oligomers
DOI: 10.3390/biomedicines9040370

Kühlsystem-Modell mit farbigen Temperaturzonen

Simulationen zum Abkühlverhalten beim Einsatz alternativer Formstoffe

Entwicklung von Kühlsystemen für Gussformen zur externen Beeinflussung des Erstarrungsverhaltens beim Metallguss, unter Nutzung vakuumtaugliche Formstoffe mit schlechter Wärmeleitung. Ziel des Vorhabens war es die Abkühlung von Metall-Feinguss-Teilen durch Veränderungen des Formstoffes und/oder Einsatz von Kühlelementen zu steuern, damit deren Qualität sich einem im Druckguss hergestellten Bauteil annähert.

Förderung: ZIM des BMWi (Projektträger VDI)
Projektpartner: Prof. Henning Rambow/Fakultät AS/HTWK Leipzig, Portec GmbH
Projektlaufzeit: 06/2017 – 05/2018

Dosierkopf mit Ziffern-Anzeigen und Pasten

Knochenregeneration durch 3D gedruckte siRNA-freisetzende Keramikimplantate

Unter Nutzung eines Dosierkopfes im 3D-Druck Verfahren FDM (Fused Depsoition Modelling) werden hier Knochenzementpasten mit Wirkstoffzumischung dreidimensional strukturiert. Dazu erfolgt die Weiterentwicklung der Anlagentechnik, um den Anforderungen in der Verarbeitung der pastösen Werkstoffe bei Raumtemperatur unter prozessintegrierter Zumischung von Pulvern gerecht zu werden. Ziel ist die Weiterentwicklung von Knochenersatzwerkstoffen.

Förderung: SMWK
Projektpartner: Professur Pharmazeutische Technologie/Institut für Pharmazie/Medizinische Fakultät/Universität Leipzig, Klinische Pharmakologie/Medizinische Fakultät/Universität Leipzig
Projektlaufzeit: 09/2015 – 12/2017

Links eine Maschine mit Holzrahmen und Werkzeug; rechts ein Tisch mit Stühlen, Gläsern und Lampe

Entwicklung neuer verfahrenstechnischer Systeme für neuartige direkt beheizte Rotationsformen

Primäres Projektziel ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung neuartiger direktbeheizter Rotationsformen sowie einer dazugehörigen Rotationsmaschine zur Herstellung komplexer Kunststoffteile. Die Innovationziele liegen in: neue Materialien und Herstellungsprozesse für die Formen, Produktionszyklusverkürzung, Energieeinsparung, Energierückgewinnung, Reduzierung des Platzbedarfs, Vereinfachung der Bedienung, wesentliche Verbesserung der Produktqualität und Verringerung von Ausschuss beim Rotieren.

Förderung: ZIM des BMWi
Projektpartner: next home collection e.K. (Praxispartner), RWTH Aachen

Entwicklung einer Biegehilfe zur Behandlung von Orbitawand Frakturen

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Erstellung einer Prozesskette für die Herstellung optimierter patientenspezifischer Gesichts- und Hirnschädel- (kraniomaxillofazialer) Implantate.

Förderung: ZIM des BMWi (AiF)
Projektpartner: Deufel GmbH (Praxispartner), Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie/Medizinische Fakultät/Universität Leipzig

Publikation: Template-Based Orbital Wall Fracture Treatment Using Statistical Shape Analysis
DOI: 10.1016/j.joms.2017.03.048

Anwendung von 3D-Prototyping Verfahren zur Mikrodosierung von pharmazeutisch wirksamen Substanzen unter homogener Einbettung in eine Biokunststoffmatrix

Im Forschungsförderungsprojekt wurden die Voraussetzungen dafür geschaffen neue Projekte im Bereich Medizintechnik zur Beantragung zu führen. Der Fokus lag dabei auf der generativen Verarbeitung von biokompatiblen Kunststoffen unter Einsatz des Rapid Prototypingverfahrens FDM (fused deposition modeling).

Förderung: SMWK
Projektlaufzeit: 08/2013 - 12/2013

Digitale Zeichnung eines Geräts zum Mischen mehrerer Materialien in einem 3D-Druckextruder

Entwicklung eines Dosierkopfes mit Doppelschneckenextruder

Entwicklung eines Dosierkopfes (FDM Verfahren) für Additive Manufacturing mit integriertem Doppelschneckenextruder. Hiermit ist es möglich mehrere Materialien während des 3D-Verabeitungsprozesses in Mischung zu bringen. Außerdem kann die Verarbeitungstemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Technologien deutlich reduziert und komplexe Materialmischungen verarbeitet werden. Das Ziel ist der dreidimensionale Aufbau von Knochenersatzwerkstoffen.

Publikation: Ein Doppelschneckenextruder zur Materialdosierung in einem Rapid Prototyping-Prozess
in: Stelzer, Ralph, Hrsg., 2016. Entwerfen Entwickeln Erleben 2016 - Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 30. Juni – 1. Juli 2016. Dresden: TUDpress - Verlag der Wissenschaften GmbH. S. 419-428. ISBN 978-3-95908-062-0

Prozesskette von Silikat-Materialien zur Herstellung von Knochenersatzstrukturen

Entwicklung eines neuartigen porösen Hybrid-Silikat-Knochenersatzwerkstoffes

Nutzung des generativen Verfahrens Fused Deposition Modelling (FDM) zur Herstellung von Formkörpern. Diese dienen als verlorene Formen der indirekten Strukturierung von Hybrid-Silikat Materialien als Knochenersatzwerkstoff.

Förderung: ZIM des BMWi (AiF)
Projektpartner: Professur Pharmazeutische Technologie/Institut für Pharmazie/Medizinische Fakultät/Universität Leipzig, Bubbles and beyond GmbH, DMG-Chemie GmbH
Projektlaufzeit: 05/2011 - 07/2013

Patent: DE102014224654A1 | Makroporöse, bioabbaubare organisch-vernetzte Silikat-Hybridmaterialien zur Implantation

Publikationen: