Michael Rieger und Dr.-Ing Benjamin Johnen
@ FreeD Printing GmbH

„Dieses Zusammenspiel aus Informationsveranstaltungen und Workshops sowie der Zugang zu einem Expertennetzwerk war für uns eine sehr gute Unterstützung.“

Mit tatkräftiger Unterstützung des Worldfactory Start-up Center (WSC) und dessen Vorläufer an der Ruhr-Universität Bochum haben Dr. Benjamin Johnen und Michael Rieger im Oktober 2020 die FreeD Printing GmbH gegründet. Der Informatiker und der Maschinenbauingenieur haben am Lehrstuhl für Produktionssysteme ein roboterbasiertes 3D-Druckverfahren entwickelt, das vollkommen neue Möglichkeiten für die additive Fertigungstechnik bietet.

Herr Rieger, Sie haben gemeinsam mit Ihrem Co-Gründer Dr.-Ing. Benjamin Johnen ein neuartiges roboterbasiertes 3D-Druckverfahren entwickelt, das wesentliche Vorteile für industrielle Produktionsprozessen mit sich bringt. Welche sind das?
Rieger: 
Bei 3D-Druckverfahren, die auch als additive Fertigungsverfahren bezeichnet werden, werden Produkte erzeugt, indem Schichten aufeinander gefügt werden. Sie bestehen je nach Zweck aus verschiedenen Werkstoffen wie Kunststoff, Metall usw. Heutige Systeme weisen dabei ein einheitliches Modellierungsmuster auf, bei dem Schichten eben und horizontal ausgerichtet sind und entlang einer unveränderlichen Richtung von unten nach oben aufgebaut bzw. modelliert werden. Dieses Modellierungsmuster hat verschiedene Nachteile: Bei Bauteilüberhängen, also freistehenden Bereichen, müssen beim Aufbau zusätzliche Stützstrukturen mit modelliert werden. Dies erfordert eine erhöhte Nachbearbeitungszeit sowie zusätzliches Material. Außerdem können keine gekrümmten Oberflächen modelliert werden. Und schließlich schränkt das Modellierungsmuster Bauteileigenschaften wie die Festigkeit und die Oberflächenqualität ein.

Unserer Technologie ermöglicht nun den Aufbau von Modellen mit gekrümmten, freigeformten Schichten. Der Aufbau erfolgt also nicht mehr von unten nach oben, sondern aus verschiedenen, variabel wählbaren Richtungen. Mit unserem Modellierungsprozess wird der Prozesskopf des 3D-Druckers mit einem sechsachsigen Industrieroboter geführt. Zum Vergleich: Bei den bisherigen Systemen wird dieser Prozesskopf meistens nur mit drei linearen Achsen bewegt.

Dadurch ergeben sich drei wesentliche Vorteile: Man kann dadurch beispielsweise Stützstrukturen für Bauteilüberhänge reduzieren oder sie sogar ganz entfallen lassen. Das senkt den Fertigungsaufwand und die Fertigungszeit, ebenso wie die Fertigungskosten. Ein zweiter Vorteil ist, dass man um bestehende Bauteile mit gekrümmten Oberflächen herum drucken kann. Das geht heute bisher auch nur eingeschränkt oder gar nicht. Und drittens ermöglichen wir durch die Kombination verschiedener Schichtausrichtungen und -formen auch die Optimierung der Oberfläche und die Festigkeit von Bauteilen. 

In welchem Kontext ist dieses Verfahren entstanden?
Rieger:
Benjamin und ich haben das Verfahren zur Nutzung von Industrierobotern für die additive Fertigung an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt und einen Teil davon auch patentieren können. Wir waren damals am Lehrstuhl für Produktionssysteme beschäftigt und gehörten zu einer Arbeitsgruppe, die den Einsatz von Industrierobotern in verschiedenen Anwendungsfeldern untersucht und weiterentwickelt hat.

Und wie kamen Sie auf den Gedanken, sich aus der Forschung heraus selbständig zu machen?
Rieger: Ein Teil der Entwicklungsarbeiten ist immer auch die Analyse des Standes der Technik am Markt. Von daher war uns relativ schnell klar, dass das von uns entwickelte innovative Verfahren durchaus wirtschaftliche Vorteile haben kann. Wir haben uns daher frühzeitig auf zwei Forschungstransferprojekte konzentriert mit dem Ziel, zu einem späteren Zeitpunkt aus der Forschung heraus eine Ausgründung zu vollziehen und die Technologie zu vermarkten.

Sie wurden vom WORLDFACTORY Start-up Center an der Ruhr-Universität Bochum bei Ihren Gründungsvorbereitungen betreut. Wie sah die Betreuung aus?
Rieger:
Die Unterstützung und die Zusammenarbeit waren vielfältig. Ich hatte bereits gesagt, dass wir zwei Forschungstransferprojekte umgesetzt haben. Das erste wurde über Start-up-Hochschul-Ausgründung NRW, das darauffolgende über EXIST-Gründerstipendium gefördert. Dafür mussten natürlich im Vorfeld Anträge gestellt werden. Dabei waren uns die Kolleginnen und Kollegen des Gründungsservices – damals hieß der noch nicht Worldfactory – sehr behilflich. Über die Jahre hinweg wurden wir dann nicht nur bei der Abwicklung der einzelnen Forschungstransfer-Projekte unterstützt, sondern auch bei der Patentierung unserer Technologie und zu weiteren Fragestellungen in der Vorgründungsphase. Erfahrene Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter haben uns bei diesem ganzen formalen Prozess geholfen - auch bei der Kommunikation mit den Patentanwälten, die die Patentanmeldung letztlich beim Patentamt einreichen.

Die Patentrechte lagen dennoch zunächst bei der RUB. Wie sah es mit der späteren Übertragung der IP-Rechte auf Ihr Start-up aus?
Rieger:
Uns war von Anfang an klar: Wenn wir ein Forschungstransfer-Projekt mit dem Ziel starten, irgendwann ein Start-up zu gründen, muss es eine Lösung hinsichtlich der IP-Rechte geben. Damals war das an der Uni noch Neuland, aber man hat das Problem erkannt und an einer Lösung gearbeitet. Ich glaube, wir waren dann eines der ersten Projekte, dass im Rahmen einer De-minimis-Beihilfe das Equipment, die Hardware-Komponenten und die Patentrechte von der Hochschule übernehmen konnte. Die Gespräche haben sich zwar entsprechend lang hingezogen, aber für uns war das letztlich eine gründungsfreundliche und gute Lösung.

Und wie sah es mit dem Gründungs-Know-how aus?
Rieger:
Wir haben bereits während unserer laufenden Forschungstransfer-Projekte sehr viele Informationen zu gründungsrelevanten Themen erhalten. Es gab jede Menge Informationsveranstaltungen, sei es zur Wahl der Rechtsform oder weiteren relevanten Themen rund um Steuern, Versicherungen usw. Darüber hinaus haben wir Zugang zu Notaren, Anwälten aber auch Coaches, Beratern und anderen Dienstleistern erhalten, die uns bei der konkreten Umsetzung der Ausgründung geholfen haben. Dieses Zusammenspiel aus Informationsveranstaltungen und Workshops sowie der Zugang zu einem Expertennetzwerk war für uns eine sehr gute Unterstützung.

Sie haben dann im Oktober 2020 zusammen mit Benjamin Johnen die FreeD Printing GmbH gegründet. Wie hat sich Ihr Unternehmen seitdem entwickelt?
Rieger:
Wir haben im Rahmen der beiden Forschungstransfer-Projekte einen Proof of Principle und einen Proof of Concept ausgearbeitet, so dass wir nachweisen können, dass unsere Technologie grundsätzlich funktioniert. Das haben wir auch mit Hilfe unseres Prototyps des Fertigungssystems auf verschiedenen Fachmessen gezeigt.

Mit der Gründung haben wir eine weitere Förderung von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt im Rahmen des Programms Green Start-up erhalten. Hintergrund ist, dass 3D-Druckverfahren gerade für kleine Serien und individuelle Bauteilformen Vorteile bieten. Der Aufwand für Umrüstzeiten ist im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren gering. Außerdem können wir, wie gesagt, dank unseres Verfahrens Stützstrukturen für Bauteilüberhänge reduzieren oder sogar komplett vermeiden. Abhängig von der Bauteilform, spart das wiederum Fertigungsressourcen und unterstützt die Nachhaltigkeit in der Fertigung von Bauteilen. Darüber hinaus können wir Bauteile mit verbesserten Festigkeitseigenschaften herstellen. Das bedeutet, die Bauteile haben ein geringeres Gewicht bei gleicher Festigkeit. Der Einsatz gewichtsoptimierter Bauteile im Luft- oder Straßenverkehr ermöglicht einen geringeren Treibstoffverbrauch.

Wie soll es weitergehen? Wie sehen Ihre nächsten Schritte aus?
Rieger:
Aufbauend auf unserem Proof of Concept erarbeiten wir bis Anfang nächsten Jahres den Proof of Market – also den Nachweis, dass diese Technologie wirklich in Konkurrenz zu bestehenden Fertigungsverfahren am Markt angeboten werden kann. Natürlich muss man sich in diesem Stadium eine Anwendungsnische suchen - unsere Technologie ist ja noch nicht fertig entwickelt. Von daher ist dies unsere aktuelle Herausforderung: Anwendungsfälle und Partner zu finden, um unser Verfahren mit dem derzeitigen Stand einzusetzen und zu zeigen, wie viel besser, schneller und günstiger es gegenüber anderen Verfahren ist.

Das heißt, wir definieren gemeinsam mit unseren Pilotkunden geeignete Fertigungsaufgaben, die wir mit dem jetzigen Stand unserer technologischen Entwicklung lösen können, um dann zunächst anhand einer Simulation und anschließend mit einer Pilotanlage erste Testergebnisse zu erzielen. Eine solche Entwicklung braucht viel Zeit, oft länger als geplant, das muss man ganz klar sagen.

Immerhin haben wir durch unsere Messeauftritte bereits Kontakt zu verschiedenen potenziellen Anwendern. Das Gute an unserer Technologie ist, dass sie nicht auf eine Branche beschränkt ist. 3D-Druck wird mittlerweile in sehr vielen verschiedenen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik oder auch der Automobilindustrie. Aktuell arbeiten wir vor allem mit Unternehmen aus der Automobilzuliefererindustrie und der Medizintechnik zusammen. Bei letzterem geht es um ein Unternehmen, das medizinische Hilfsmittel herstellt, also beispielsweise Prothesen, Orthesen, therapeutische Sitzschalen und ähnliches. Es handelt sich also um individuelle Bauteilformen. Und da bieten 3D-Druckverfahren bzw. additive Fertigungsverfahren natürlich immer Vorteile, weil man keine aufwendigen Modelle braucht, wie bei Verfahren für hohe Stückzahlen. Man kann die jeweilige Bauteilform immer von Grund auf neu aufbauen.

Haben Sie zu guter Letzt noch einen Tipp für andere Gründerinnen und Gründer parat?
Rieger:
Ich denke, man muss auf der einen Seite natürlich von seiner Technologie und Geschäftsidee überzeugt sein. Auf der anderen Seite sollte man aber stets die Marktchancen für das geplante eigene Produkt prüfen. Diese Balance zu finden ist nicht einfach, aber aus unserer Sicht wichtig.

Stand: Juli 2021

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