Moderne Hochleistungstechnologien helfen Restauratoren, historische Kunstgegenstände genauer zu analysieren, zu konservieren und zu reparieren. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden hat nun gemeinsam mit sächsischen Partnern innovative Verfahren entwickelt, um abgebrochene Kleinteile aus Porzellan von wertvollen alten Prunkvasen im 3D-Drucker zu rekonstruieren.
Mit neuen Methoden für die additive Fertigung von filigranen Porzellanersatzteilen können künftig Museen beschädigte Porzellanunikate detailgetreuer und langlebiger als bisher restaurieren. Aktuell müssen Restauratoren die benötigten Kleinteile entweder händisch aus Porzellan formen oder auf nicht dauerhaft beständige Kunststoffe ausweichen, wenn sie 3D-Drucker einsetzen wollten. »Nun wird es möglich, höherwertige oder sogar originalgetreue Materialien wie eben Porzellan zu verdrucken«, erklärt Dr. Tassilo Moritz, der das Projekt »RestaurAM« im Fraunhofer IKTS geleitet hat.
»Die Resultate sind grandios«, bestätigt Restauratorin Heike Ulbricht von den Staatlichen Kunstsammlungen Dresden (SKD). »Dieses Verfahren hat das Potenzial, sich zu einer wichtigen Ergänzung für die Restaurierung wertvoller Kunstgegenstände aus Porzellan zu entwickeln.« Zudem hofft sie auf einen Schub für den digitalen Austausch zwischen nationalen wie auch internationalen Kunstsammlungen. Denn die Vasenfragmente müssen für den 3D-Druck zuvor eingescannt werden. Die dabei entstehenden 3D-Daten könnten Museen in Zukunft mit ähnlichen, aber an anderen Stellen beschädigten Exponaten abgleichen. Dadurch ließe sich ein »unbeschädigter« digitaler Zwilling vom Original generieren.
Hightech-Reparatur für Prunkvasen
Ausgangspunkt des Projektes war die Anfrage der Dresdner Porzellansammlung an die Fraunhofer-Forschenden, bei der Reparatur beschädigter Prunkvasen für das Turmzimmer im Residenzschloss Dresden zu unterstützen. Daraufhin stellte das Institut angesichts der besonderen Herausforderungen ein Konsortium mit ausgewiesenen Experten zusammen. Daran beteiligten sich neben dem IKTS und der SKD auch die sächsischen Unternehmen KI Keramik-Institut GmbH, COX3D® sowie Staatliche Porzellan-Manufaktur Meissen GmbH. Gefördert durch das BMWi im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM, ZF4076454AG9) startete im März 2018 das Projekt »RestaurAM«.
In den folgenden dreieinhalb Jahren entwickelten und erprobten die Partner mehrere Verfahren, um möglichst originalgetreue und passgenaue Porzellanteile als Ersatz für fehlende Vasenfragmente additiv zu erzeugen.
Mit Ausdauer und Köpfchen zum perfekten Ersatzteil
Um beispielsweise den fehlenden Ausguss mit einer 16 Zentimeter langen Bruchkante an einer Prunkvase zu reproduzieren, nutzte das Konsortium das »Fused Filament Fabrication«-Druckverfahren, bei dem aus mit Porzellanpulver angereicherten Filamenten, die man sich als sehr dünne wie aus einer Tube ausgedrückte Zahnpasta-Stränge vorstellen kann, nach und nach das gewünschte Bauteil linienweise aufgebaut wird. Aufgrund seiner recht großen Abmessungen verformte sich jedoch der 3D-gedruckte Ausguss im anschließenden Brennprozess leicht, so dass er sich nicht exakt an der Bruchfläche anbringen ließ – eine Herausforderung, die im Projektverlauf den Forschenden jede Menge Einfallsreichtum abverlangte. Insofern gibt es für den FFF-Pfad zukünftig noch weiteren Entwicklungsbedarf.
Zeitgleich erprobten die Partner mit der »Vat Photopolymerisation« eine weitere additive Technik. In diesem Fall sollte ein etwa zehn Zentimeter langer abgebrochener Rüssel einer mit Elefantenköpfen verzierten Vase gedruckt werden. Aus einer eigens entwickelten Suspension aus lichthärtbaren Kunststoffmolekülen und dem Porzellanpulver entstand über lagenweisen Aufbau in Tausenden Schichten, von denen jede einzelne nur rund 25 Mikrometer (Tausendstel Millimeter) dünn war, der fehlende Porzellanrüssel. Zusätzliche innere und äußere Stützgerüste, die gleichzeitig mitgedruckt wurden, verhinderten, dass sich der Rüssel und die nachgebildete Bruchstelle während der Aufbau- und Brennprozesse deformierten. Somit konnte der »Ersatz-Rüssel« erfolgreich an die Vase angesetzt werden.
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Fachwelt sieht Potenzial im Porzellan-3D-Druck
Die mit diesem Verfahren erzielten Ergebnisse sind so vielversprechend, dass die Projektpartner ihre Ergebnisse inzwischen in einer virtuellen Konferenz Restauratoren renommierter Kunstsammlungen und Unternehmen aus ganz Deutschland vorgestellt haben. Das Echo der Zuhörerschaft war durchweg positiv. Bereits kurze Zeit nach der Veranstaltung traf eine erste konkrete Anfrage zur Porzellanrestaurierung ein.
Um Omas angebrochene Sammeltasse zu reparieren, sind die neuen Porzellan-3D-Druckverfahren aber (vorerst) noch zu teuer und aufwendig. »Das ist kein Verfahren für Alltagsgegenstände«, betonte Tassilo Moritz. Gedacht sei es für historische Kunstgegenstände, die sich nun mit hochwertigeren und dem Original identischen Materialien restaurieren lassen.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
https://www.ikts.fraunhofer.de/