Wie das US-Verteidigungsministerium mit 3D-Druck gefährliche Wartungsprozesse neu denkt
Das US-Verteidigungsministerium betreibt weltweit eine der größten Flotten an Militärflugzeugen. Um die Einsatzbereitschaft jedes einzelnen Jets sicherzustellen, sind umfangreiche Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten erforderlich. Die Realität: Für jede Flugstunde eines Militärjets fallen im Schnitt rund zwölf Stunden Wartung an. Diese Prozesse finden heute immer noch zu einem Großteil durch manuelle Arbeiten statt.
Ein erheblicher Teil dieser Instandhaltungsmaßnahmen betrifft die Oberflächenbehandlung großer Metallbauteile, insbesondere durch galvanische Beschichtungsverfahren für Fahrwerke oder Strukturverbindungen. Die dafür notwendigen Arbeiten gelten als dirty, dull and dangerous – schmutzig, monoton und gefährlich.
Das Verteidigungsministerium sucht dabei nach einem Weg, lange Rüstzeiten, hohe Materialkosten sowie ineffiziente Prozesse und gesundheitsgefährdende Arbeitsbedingungen zu adressieren. Figure Engineering setzt hier gemeinsam mit Formlabs an. Durch den Einsatz des Form 4 und die Nutzung des Open Material Mode konnte ein neues Material entwickelt werden, das hochbeständig, passgenau und wiederverwendbar ist.
Der Engpass: Der Galvanisierung im Wartungsprozess
Die Galvanisierung ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem ein Metallbauteil in ein chemisches Bad getaucht wird, um es mit einer schützenden Metallschicht zu überziehen, beispielsweise mit Nickel oder Chrom. Diese Schicht schützt das Bauteil vor Korrosion, Abrieb oder elektrischer Beeinflussung.
In der Luftfahrt wird Galvanisierung insbesondere bei stark belasteten Komponenten wie Fahrwerken, Hydraulikteilen oder Strukturverbindungen eingesetzt. Damit das Verfahren präzise funktioniert, dürfen jedoch bestimmte Bereiche, etwa Gewinde, Passungen oder Anschlussstellen, nicht beschichtet werden. Diese Flächen müssen vor dem Eintauchen in das galvanische Bad manuell maskiert werden, meist mit Klebeband, Lack oder Folie.
Genau hier liegt das Problem: Diese Maskierungen sind aufwendig, nur einmal verwendbar und müssen für jedes Bauteil händisch angepasst werden. Der Prozess ist fehleranfällig, dauert oft mehrere Stunden pro Bauteil und verlangt vom Personal den direkten Umgang mit aggressiven Chemikalien. Jede Unterbrechung oder Unachtsamkeit kann zu Beschädigungen oder Nacharbeit führen, mit entsprechenden Auswirkungen auf Kosten, Sicherheit und Zeitpläne.
Die Ausgangslage: Handarbeit, Gefahrenstoffe und hohe Kosten
In der Praxis sieht das so aus: Für jede galvanisierte Schraube oder jedes Fahrwerksteil wird individuell Klebeband zugeschnitten und aufgetragen. Die Teile werden anschließend in das Galvanisierungsbad getaucht. Die Maskierung muss dabei 100 % passgenau sitzen – andernfalls droht ein kompletter Ausschuss. Gleichzeitig müssen die Arbeiter und Arbeiterinne mit ätzenden Substanzen arbeiten, was eine hohe persönliche Gefährdung bedeutet.
Diese Arbeitsweise ist nicht nur ineffizient, sondern auch teuer. Ein einzelnes Bauteil kann Stunden an Arbeitszeit und Hunderte bis Tausende Dollar an Materialkosten verursachen und das bei jedem Wartungsdurchlauf erneut. Die Werkstätten wollten daher den manuellen Arbeitsaufwand in diesem Prozessen verringen und stattdessen Masken entwickeln welche festgeklemmt oder verschraubt werden kann.
Der Innovationsprozess: Der Weg zur Lösung und warum anderen Verfahren und Technologien scheiterten
Die Idee von Figure Engineering war klar: Weg von manueller Maskierung, hin zu wiederverwendbaren, passgenauen 3D-Druck-Komponenten. Doch der Weg dorthin war alles andere als einfach. Als das Team begann, erste Abdeckungen für galvanisierte Bauteile zu entwerfen und zu drucken, wurden schnell die extremen Anforderungen deutlich, die dieses Anwendungsfeld mit sich bringt.
„Als wir die ersten Studien durchführten, stellten wir fest, dass es nichts gab, was den extremen Bedingungen des Galvanisierungsprozesses standhalten konnte. Das Material musste eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen und hochbelastbar sein – die Teile werden ständig fallen gelassen oder mit Hämmern bearbeitet, daher müssen sie sehr stoßfest sein“, beschreibt Jonathan McDaniels, Mitbegründer von Figure Engineering.
Nicht nur das Material stellte eine Herausforderung bei der Transformation dar, sondern auch die Wahl der richtigen Druckhardware und des Verfahrens. Als Anforderungen wurde ein 3D-Drucker definiert, welcher leicht zu befinden und zuverlässig ist, gleichzeitig sollte es eine Marke sein die im Defence-Sektor schon bekannt ist.
Evaluation der Druckverfahren durch Figure Engineering
Zahlreiche etablierte 3D-Druckverfahren wurden getestet, teilweise mit einem ernüchternden Ergebnis. Nach der Evaluation standen folgende Ergebnisse fest:
FDM (Schmelzschichtung): Die erzeugten Bauteile waren porös. Die im Galvanikprozess verwendeten aggressiven Chemikalien drangen in das Material ein und wurden später wieder aus den Oberflächen freigesetzt – ein erhebliches Gesundheitsrisiko.
SLS (Selektives Lasersintern): Auch hier gab es Probleme mit Oberflächenporosität. Zudem erwies sich das Material als zu spröde, um den mechanischen Beanspruchungen im Alltag standzuhalten..
Der Kunstharzdruck erwies sich als geeignete Lösung, da er deutlich dichtere Oberflächen erzeugte. Allerdings hielten die meisten kommerziell verfügbaren Harze der chemischen Glättung nicht stand. Eine Lösung stach dabei besonders hervor: Formlabs mit dem neuen Form 4 und dem Open Material Mode.
Entwicklung innovativer Lösungen und eigener Materialien mit dem Ecosystem von Formlabs
Der Form 4 von Formlabs war ein echter Gamechanger im Lösungsprozess, vor allem bei besonderem Druck mit extrem komplizierten Materialien. Damit setzt Figure Engineering neue Grenzen des Möglichen in der additiven Polymerfertigung, um die Materialien widerstandsfähig genug für den Galvanisierungsprozess zu machen.
Die deutlich höhere Druckgeschwindigkeit ermöglichte es dem Team, die Anzahl der täglichen Iterationen zu verdreifachen. Dadurch lagen Ergebnisse schneller vor, was die gezielte Feinabstimmung von Druckparametern in einem Bruchteil der bisherigen Zeit erlaubte. Ziel der Entwicklung war ein speziell angepasstes Kunstharz, das den extremen Anforderungen der Galvanisierung dauerhaft standhält. In galvanischen Bädern werden Bauteile chemisch beschichtet, um sie gegen Korrosion, Abrieb oder elektrische Einflüsse zu schützen. Das neu entwickelte Material musste daher sowohl hoch chemikalienbeständig als auch mechanisch äußerst robust sein, bei gleichzeitiger Maßhaltigkeit und Wiederverwendbarkeit.
Die Technologie des Form 4
LFD™-Technologie: Hochpräziser 3D-Druck mit geringer Krafteinwirkung – ideal für feine Details und anspruchsvolle Materialien
Automatisierte Harzhandhabung: Schneller Materialwechsel, weniger Abfall, einfache Bedienung
Intelligente Sensorik: Permanente Überwachung von Temperatur, Füllstand und Druckkräften für maximale Prozesssicherheit
Flexibler Harztank + Ablösetextur: Reduzierte Abzugskräfte für saubere Druckergebnisse und lange Tanklebensdauer
Die Entwicklung eines maßgeschneiderten Kunstharzes zur Maskierung von Bauteilen für die Galvanisierung markiert für Figure Engineering einen Meilenstein in der Digitalisierung und Automatisierung industrieller Wartungsprozesse. Was als Machbarkeitsstudie begann, hat sich zu einer vollwertigen Lösung entwickelt, die bereits heute in Wartungseinrichtungen der US Air Force im realen Betrieb eingesetzt wird.
Der Nutzen ist messbar: Die Kosten für eine individuell gefertigte Maske sanken von etwa 250 US-Dollar auf rund 5 US-Dollar pro Stück – bei gleichzeitig höherer Präzision, verbesserter Wiederverwendbarkeit und drastisch reduzierter Vorbereitungszeit. Besonders im Vergleich zu traditionellen Einwegmaterialien wie Lacken oder Klebeband bietet die neue Lösung eine enorme Kosten- und Materialersparnis. Jede gedruckte Maske kann bis zu 20 Mal wiederverwendet werden, wodurch jährlich Millionenbeträge eingespart werden können.
Doch der Vorteil liegt nicht nur im Preis: Die Verwendung 3D-gedruckter Masken reduziert die Abhängigkeit von manuellen Arbeitsschritten und senkt die Gesundheitsrisiken für das Wartungspersonal deutlich. Die Teile lassen sich über Standorte und Abteilungen hinweg standardisiert einsetzen, sind skalierbar produzierbar und ermöglichen eine deutlich flexiblere Reaktion auf neue Anforderungen – selbst in sicherheitskritischen Bereichen wie der Verteidigungstechnik.
Die Zusammenarbeit mit Formlabs, insbesondere die Nutzung des Open Material Mode und der leistungsstarken Hardware des Form 4, eröffnete neue Möglichkeiten der Materialentwicklung, die weit über diese Anwendung hinausreichen. Was mit der Galvanisierung begann, könnte bald auf andere Prozesse übertragen werden – sei es in der Luftfahrt, im Maschinenbau oder in der zivilen Industrie. Neue Geschäftsfelder entstehen dort, wo es bislang keine Lösungen gab.
Die Erkenntnis: Auch für die sogenannten „drei Ds“ – dirty, dull, dangerous – lohnt es sich, innovativ zu denken. Mit dem richtigen 3D-Druck-Setup lassen sich Prozesse digitalisieren, optimieren und sicherer machen – und selbst für unsichtbare, unterschätzte Arbeitsschritte echte Mehrwerte schaffen.
Fazit und Ausblick: Weniger Aufwand, mehr Sicherheit und Skalierungspotenzial
Der Schlüssel lag in der präzisen Anpassung der Druckparameter innerhalb des Open Material Mode. Dabei wurden Belichtungszeiten, Schichtdicken, Temperaturführung und Glättungsprozesse systematisch variiert und anhand der jeweiligen Testergebnisse optimiert. Besonders entscheidend war die Kontrolle über die chemische Glättung der Oberfläche, um eine dichte, porenfreie Struktur zu gewährleisten – Voraussetzung für den sicheren Einsatz im galvanischen Prozess.
Der gesamte Entwicklungsprozess basierte auf einer engen Verzahnung aus Materialwissenschaft, 3D-Drucktechnik und anwendungsorientierter Iteration. Die Offenheit der Plattform ermöglichte es, experimentelle Parameter systematisch zu verändern und anwendungsspezifisch zu validieren. Die so entstandenen Maskierungsteile wurden anschließend in realen Wartungsszenarien getestet, verbessert und erneut gefertigt, bis die Druckteile alle Anforderungen erfüllten.
Das Ergebnis: Ein hochspezialisiertes, 3D-druckbares Material, das wiederverwendbare Masken mit hoher Lebensdauer, exakter Passgenauigkeit und vollständiger Chemikalienresistenz erlaubt. Die Möglichkeit zur Chargenfertigung, zur Übertragung der Druckdaten auf andere Standorte und zur Standardisierung innerhalb der Wartungseinheiten eröffnet zudem ein erhebliches Potenzial für Skalierung und langfristige Prozessoptimierung.
Häufige Fragen zum Thema 3D-Druck im Defence-Sektor
3D-Druck spielt in der Verteidigungsindustrie eine zentrale Rolle bei der Herstellung von Prototypen, Ersatzteilen und funktionsfähigen Endbauteilen. Er beschleunigt Entwicklungsprozesse, reduziert Abhängigkeiten von Lieferketten und ermöglicht die Produktion direkt vor Ort, oder auch in abgelegenen Gebieten. Typische Anwendungsbereiche umfassen:
Rapid Prototyping für neue Ausrüstungsdesigns und Waffensysteme
Herstellung individueller Komponenten, z. B. ergonomisch angepasste Griffe oder Halterungen
Produktion von Ersatzteilen zur Minimierung von Ausfallzeiten
Fertigung von Spezialvorrichtungen für Wartung und Reparatur
Herstellung von Drohnenkomponenten oder Sensorgehäusen
Der 3D-Druck bietet dadurch nicht nur technische, sondern auch strategische Vorteile wie höhere Einsatzbereitschaft, niedrigere Lagerkosten und flexible, dezentrale Produktion.
Figure Engineering nutzt den Formlabs Form 4 zur Entwicklung und Produktion wiederverwendbarer Maskierungsteile für galvanisierte Bauteile in der Luftfahrt. Diese Maskierungen werden benötigt, um empfindliche Gewinde oder Bohrungen vor dem Kontakt mit aggressiven Chemikalien im galvanischen Prozess zu schützen.
Der Workflow umfasst:
Design und Simulation der Maskenteile mithilfe von CAD-Software
Materialentwicklung im Open Material Mode, um ein hoch chemikalienbeständiges Harz zu formulieren
Feinabstimmung der Druckparameter zur Optimierung der Materialeigenschaften
Schneller Druck mit hoher Wiederholbarkeit auf dem Form 4
Post-Processing und Qualitätskontrolle der Bauteile vor dem Einsatz
Der gesamte Prozess erfolgt im engen Austausch mit dem Team von Formlabs, das technische Beratung und Zugang zur offenen Plattform bietet.
Durch den Einsatz des Form 4 erzielt das US-Verteidigungsministerium messbare Vorteile:
Kosteneinsparung: Eine individuell angefertigte Maske kostete bislang rund 250 $, im 3D-Druck mit Resist™ nur noch etwa 5 $ – bei höherer Haltbarkeit und Wiederverwendbarkeit.
Zeitgewinn: Die Vorbereitungszeit im Galvanisierungsprozess wird deutlich reduziert, was Wartungsprozesse beschleunigt und Engpässe auflöst.
Sicherheitsgewinn: Da das Personal weniger Zeit mit gefährlichen Chemikalien verbringen muss, sinkt das Risiko für Gesundheitsschäden.
Nachhaltigkeit: Die wiederverwendbaren Masken ersetzen Einwegprodukte wie Lacke und Klebebänder – eine Einsparung im Millionenbereich.
Skalierbarkeit: Designs können zwischen Abteilungen, Standorten oder Streitkräften ausgetauscht und bei Bedarf ausgedruckt werden.
Die Kombination aus Geschwindigkeit, Flexibilität und Zuverlässigkeit macht den Form 4 zu einem wertvollen Werkzeug in der militärischen Instandhaltung.
Der Open Material Mode von Formlabs ermöglicht die Verwendung und Feinabstimmung eigener Kunstharze (Photopolymerharze bei 405 nm) oder Pulver (bei 1064 nm für SLS), wodurch Anwender volle Kontrolle über die Materialwahl und Druckparameter erhalten. Besonders im militärischen Bereich ist diese Offenheit entscheidend: Viele Anwendungen erfordern Materialien mit spezifischer chemischer Beständigkeit, mechanischer Festigkeit oder Hitzetoleranz, die mit Standardharzen nicht abgedeckt werden können.
Formlabs bietet ein leistungsfähiges und gleichzeitig benutzerfreundliches Ökosystem, das besonders gut für militärische Anforderungen geeignet ist. Entscheidende Vorteile:
Open Material Mode für maximale Materialfreiheit bei gleichzeitig hoher Druckqualität
Kompakte, robuste Geräte – ideal für den Einsatz in Werkstätten oder dezentralen Einrichtungen
Schnelle Iteration und kurze Rüstzeiten, um flexibel auf neue Anforderungen zu reagieren
Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit – essenziell für sicherheitskritische Anwendungen
Zugängliche Software und Support – ermöglicht auch kleineren Teams oder Behörden den professionellen Einstieg
Formlabs vereint industrielle Leistungsfähigkeit mit der Zugänglichkeit, die für schnelle, vor Ort durchführbare Fertigungsprozesse erforderlich ist.
In der Instandhaltung bietet 3D-Druck einen entscheidenden Vorteil: Ersatzteile, Werkzeuge und Vorrichtungen können on demand, also bei Bedarf, direkt vor Ort produziert werden. So lassen sich Ausfallzeiten minimieren und komplexe logistische Prozesse vermeiden.
Beispiele:
Maskierungsteile für Galvanisierung
Spezialadapter, Halterungen oder Schablonen für Wartungsarbeiten
Ersatzteile für ältere Ausrüstungen, deren Serienproduktion bereits eingestellt wurde
Werkzeuge für die Demontage oder Prüfung technischer Komponenten
Besonders relevant ist hierbei die Möglichkeit, individuelle Anforderungen direkt umzusetzen, ohne auf externe Zulieferer oder lange Lieferzeiten angewiesen zu sein.
3D-Drucklösungen für den militärischen Einsatz müssen eine Reihe spezifischer Anforderungen erfüllen:
Materialeigenschaften: Hohe chemische Beständigkeit, Temperaturtoleranz, mechanische Belastbarkeit
Zuverlässigkeit der Drucksysteme: Kein Platz für Fehler in kritischen Anwendungen
Reproduzierbarkeit: Jedes Bauteil muss identische Qualität liefern
Sicherheitsstandards: Schutz vor unbefugtem Zugriff und Missbrauch der Technologie
Regulatorische Vorgaben: Exportkontrollen, ITAR-Regeln, Materialzertifizierungen
Nachvollziehbarkeit: Vollständige Dokumentation und Rückverfolgbarkeit der Produktionsdaten
Die Kombination dieser Anforderungen macht deutlich, warum ein professionelles Ökosystem wie das von Formlabs ideal für diesen Sektor geeignet ist.
Als zertifizierter Formlabs-Partner unterstützen wir dich dabei, die passende 3D-Drucklösung für deine Anwendung zu finden. In unseren kostenfreien Webinaren und Beratungsgesprächen zeigen wir dir, wie du mit den Formlabs 3D-Druckern, die Oberflächenqualität verbesserst, Prozesse automatisierst und deine Fertigung nachhaltig optimierst.
Warum 3D-MODEL?
✔ Offizieller Formlabs-Reseller
✔ Persönliche Beratung & Produktauswahl
✔ Schulung, Support & Service aus einer Hand
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Als zertifizierter Händler bieten wir Dir nicht nur Lösungen für den 3D-Druck mit unseren Partnern Markforged, Raise3D, LOOP 3D und a-metal an, sondern darüber hinaus auch im Bereich 3D-Scanning mit Artec 3D sowie in der Nachbearbeitung mit AMT. Gerne führen wir Dich in die Welt der additiven Fertigung ein.