Additive Fertigungsverfahren, auch bekannt als „3D-Drucken“ oder „Additive Manufacturing“ (AM), erlauben die ökonomische Fertigung individualisierter Bauteile bei gleichzeitig hoher Gestaltungsfreiheit. Damit sind sie in Branchen mit sehr geringen Stückzahlen und vielen Prototypen-Untersuchungen besonders wichtig, etwa in der Medizintechnik. Beispielsweise ist es in der Orthopädie häufig hilfreich, Schienen oder Orthesen patientenindividuell hinsichtlich Anatomie und Funktionsbedarf anzupassen. Aufgrund ihrer guten Verarbeitbarkeit, einstellbaren Eigenschaften und ihrer geringen Dichte rücken dabei zunehmend polymerbasierte Werkstoffe in den Fokus. Die zielgerichtete Entwicklung solcher maßgefertigter Polymerbauteile erfordert prozess- und werkstofftechnische Kenntnisse und kann zudem durch rechnergestützte CAE-Methoden wirksam unterstützt werden.

In der Lehrveranstaltung lernen die Studierenden die individualisierte, additive Fertigung von Polymerbauteilen kennen und wenden sie in einem semesterbegleitenden Entwicklungsprojekt eigenständig an. Dabei gibt die Lehrveranstaltung zunächst einen Überblick über etablierte AM‑Prozesstechnologien und arbeitet am Beispiel von Extrusionsverfahren die Wechselwirkung von Material, Prozesseinstellung und Konstruktion heraus. Sonderanforderungen der Medizintechnik an die Bauteilentwicklung und Materialauswahl werden in separaten Vorlesungen vorgestellt. Anschließend folgt eine anwendungsorientierte Einführung in die praktische Bauteilauslegung gedruckter Polymerstrukturen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM). Als besonders geeigneter Ideengeber für effiziente Konstruktionslösung wird die FE-basierte Topologieoptimierung vorgestellt. Die CAE-Auslegungsmethoden werden in Übungen gezielt praktisch vertieft. Ausgerüstet mit Prozess-, Werkstoff- und Methodenwissen lösen die Studierenden in Kleingruppen abschließend ein individuelles Entwicklungsprojekt aus der Orthetik.

Kerninhalte:

• Überblick über additive Fertigungsverfahren
• Wechselwirkung Prozess-Material-Bauteil
• Polymere in der additiven Fertigung:
  Materialwissenschaftliche Grundlagen, Material- und Bauteilprüfung,
• Sonderaspekte der Additive Fertigung  in der Medizintechnik (externe Gastbeiträge):
  Auswahl und Zulassung von Prozess und Material, Orthetik/Prothetik als Anwendungsfall
• Rechnergestützte Bauteilauslegung und -optimierung
  (Vorlesungen und Übungen)
• Semesterprojekt: Auslegung, Fertigen und Prüfen eines AM-Bauteil aus dem Feld „Medizintechnik“

Lernziele:

Die Studierenden können…

• … verschiedene AM-Fertigungstechnologien für Polymerbauteilen benennen, beschreiben und anhand ihrer Spezifika (v.a. Vor-/Nachteile und Verfahrensgrenzen) zielgerichtet auswählen.
• … die Entwicklungskette in der additiven Fertigung
  (Materialauswahl, CAD, Simulation/Optimierung, Slicer-Software) erläutern und umsetzen
• … die Wechselwirkung von Prozessstellgrößen, Materialeigenschaften und Konstruktion für Polymerbauteile am Beispiel von Extrusionsprozessen beschreiben
• … relevante medizintechnische Zusatzaspekte, z.B. Sterilisierbarkeit oder Allergiepotential, bei der Material- und Prozessauswahl benennen und erläutern
• ... wesentliche Konzepte der Finite-Elemente-Methode und der Topologieoptimierung erläutern
• … die Finite-Elemente-Software „Abaqus“ zur Bauteilauslegung anwenden und Simulationsergebnisse hinsichtlich Aussagekraft und Tragfähigkeit bewerten
• … mit der Software Tosca eine Topologieoptimierung durchführen, deren Ergebnisse interpretieren und Tragwerkskonzepte ableiten.
• … individuelles Entwicklungsprojekt im Bereich additive Fertigung zielgerichtet bearbeiten

Die Raumbelegung und der wöchentliche Veranstaltungstermin wird zu Beginn des Sommersemesters auf der Homepage des Instituts bekannt gegeben.

Zusätzliche Übungen werden an weiteren 6 Terminen immer von 15:45 – 17:15 Uhr in R. 125, Geb. 70.04, Campus Ost stattfinden.

Teilnehmerzahl:  Beschränkt (voraussichtlich 21 Studierende)

Organisatorisches: Die Anwesenheit in der Auftaktveranstaltung am 21.04.2026 um 14.00 Uhr am Campus Ost Geb. 70.04 Raum 219 oder Anmeldung per Mail an AMMed@fast.kit.edu bis 20.04.2026 ist erforderlich, damit die Gruppeneinteilung zeitnah erfolgen kann.

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The room allocation and the weekly course dates are announced on the Institute's homepage at the beginning of the summer semester.

Additional exercises will take place on 6 dates from 15:45 - 17:15 in room 125 at Building 70.04, Campus East.

Number of participants: Limited (expected to be 21 students)

Organisational details: Attendance at the kick-off event on 21 April 2026 at 2 p.m. at Campus East, Building 70.04, Room 219, or registration by email to AMMed@fast.kit.edu by 20 April 2026 is required so that groups can be assigned in a timely manner.