Additive Fertigung

Mit der Industrie 4.0 hielt zunehmend auch die additive Fertigung mit ihren verschiedenen 3D-Druck-Technologien in beinahe jeder Branche Einzug. Zunächst eher in großen Unternehmen im Automobilsektor sowie der Luft- und Raumfahrt. Mittlerweile ist der 3D-Druck auch in kleinen und mittelgroßen Firmen angekommen und in die Produktionsprozesse integriert. Insbesondere im Muster- und Modellbau hat sich die additive Fertigung sehr gut etabliert. Doch auch kleinere Serien werden längst schon dreidimensional gedruckt – ganz gleich, ob das Werkteil aus Metall oder Kunststoff sein soll.
 

Vom Prototyping zur Serienfertigung

Zu Beginn wurde die additive Fertigung vorrangig zur Anfertigung von entwicklungsbegleitenden Musterbauteilen verwendet. Die verschiedenen 3D-Druck-Technologien, die sich unter dem Begriff additive Fertigung sammeln, waren anfänglich noch nicht ausgereift genug, um voll belastbare Komponenten zu drucken. Dank ausgereifterer Drucktechniken und der zunehmenden Anzahl an druckfähigen Materialien ist die additive Fertigung längst nicht mehr nur dem entwicklungsbegleitenden Modellbau vorbehalten. Bei FKM Additive Manufacturing werden nicht nur Protottypen, sondern auch einsatzfähige Einzelstücke oder kleinere bis mittelgroße Serien mit additiven Technologien angefertigt.
 

Mit Rapid Prototyping schneller zum einsatzfähigen Endprodukt

Weniger Zeitaufwand und Materialverschleiß bedeutet additive Fertigung im Prototypenbau. Denn: Schnell entstehen voll funktionstüchtige Prototypen. Diese können anschließend unter Realbedingungen getestet werden. So lässt sich zügig analysieren, wie sich ein neuartiges Produkt verhält und wo eventuell noch etwas optimiert werden muss. Änderungen müssen dabei lediglich im CAD-Programm aufgenommen werden. Der angepasste Prototyp kann wenig später erneut gedruckt werden.
 

Additive Fertigung für Einzelanfertigungen

Eine hervorragende Möglichkeit ist der dreidimensionale Druck vor allem für kundenspezifische Einzelanfertigungen. In der Prothetik zeigen sich klar die Vorteile – Prothesen werden ohne Zusatzaufwand exakt auf den jeweiligen Patienten angepasst. Auch in anderen Branchen, in denen Unikate angefertigt werden, ist der 3D-Druck oftmals die richtige Lösung – insofern die existierenden druckfähigen Materialien die gewünschten Eigenschaften aufweisen.
 

Additive Fertigung in der Serienproduktion

Auch in der Serienproduktion kann der 3D-Druck die erste Wahl sein. Insbesondere für kleine bis mittelgroße Serien. Komponenten aus dem 3D-Drucker finden sich mittlerweile in vielerlei Produkten – ob in Fahrrad-, Flugzeug- oder Autobauteilen oder in Spielzeug. Da die Daten digital vorliegen, können immergleiche Produkte nach Bedarf gedruckt werden. Für große und sehr große Serien allerdings ist der herkömmliche Spritzguss nach wie vor die ökonomischere Wahl.
 

Vorteile der additiven Fertigung

Der 3D-Druck, ob mit Metall oder Kunststoffen, zeichnet sich durch eine Reihe an Vorteilen gegenüber der klassischen spanenden, also abtragenden, Verarbeitung, aber auch gegenüber dem Spritzguss aus.
 

Kaum Materialverschleiß

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Produktionsmethoden, bei denen Objekte abtragend und mit viel Materialverschleiß aus einem Materialblock herausgearbeitet werden, arbeitet der 3D-Druck aufbauend. Im Schichtbauverfahren entstehen aus Materialpulvern die gewünschten Gegenstände Schicht für Schicht. Mittels Laser wird das gewählte Pulver punktgenau entlang der vorher festgelegten Strukturen aufgeschmolzen. Dabei entsteht kaum Materialabfall, unabhängig von der Komplexität und Filigranität eines Bauteils. Das nicht verbrauchte Grundmaterial, das im Aufbauprozess als Stütze dient, kann für einen nächsten Druck wieder verwendet werden.
 

Einsparungen bei Kosten und Zeit

Zeit und Kosten sind bestimmende Faktoren bei jeder Produktion. Wo beim Spritzguss im Vorfeld der Serienproduktion zunächst ein teures Spritzgusswerkzeug, die Hohlform, angefertigt werden muss, kann die Serienfertigung via 3D-Druck direkt nach Erstellung der CAD-Daten beginnen.
 

Konstruktionsfreiheit

Dank der weitgehenden Konstruktionsfreiheit im 3D-Druck sind komplexe Geometrien, innenliegende Hohlräume und Kühlkanäle problemlos umsetzbar – ohne Zusatzkosten.
 

Gängige 3D-Druck-Methoden

An additiven Fertigungstechnologien stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Zu den gängigsten zählen das selektive Lasersintern und das selektive Laserschmelzen.
 
Beim sogenannten selektiven Lasersintern (selective laser sintering / SLS) werden verschiedene druckfähige Kunststoffe in Pulverform verarbeitet. In einem Bauraum werden diese mittels Laserstrahl Schicht für Schicht und entsprechend der im CAD-Programm festgelegten Strukturen aufgeschmolzen.
 
Das selektive Laserschmelzen, kurz SLM (Selective Laser Melting), basiert auf dem gleichen Pulverbettverfahren wie das selektive Lasersintern. Als Arbeitsmaterial dienen hier aber verschiedene Metallpulver.