3D Druck in der Industrie

Additive Manufacturing

 

Fertigungsprozesse für Bauteile in der Industrie sind oft an eine bestimmte Losgröße und einen hohen wirtschaftlichen Aufwand gebunden. Vielversprechender hingegen ist es, möglichst individuell auf die Wünsche von Kunden einzugehen und diesen eine schnelle und preisgünstige Herstellung Ihrer Produkte anzubieten. Bis jetzt bedarf es zum Beispiel einen hohen Aufwand an Lagerkosten für Reparaturteile und der aufwendigen und kostspieligen Kooperation von Entwicklung und Fertigung, um Produkte visuell anhand eines Modelles zu zeigen. Ansätze zur Lösung dieses Problems bietet der 3D-Druck als Teil des Konzeptes Industrie 4.0.  

Die Anwendung des 3D-Druck ermöglicht es, Kleinstserien individuell zu produzieren und erste Modelle, von der Ideenfindung bis hin zu Prototypen in der Projektendphase, zur Veranschaulichung einfach per Mausklick herzustellen. In speziellen Anwendungen kann der 3D-Druck somit zur schnellen und einfachen Herstellung von Bauteilen verwendet werden. Dies ist aber nur für solche möglich, deren Anwendungsbereiche die momentanen 3D-Druckverfahren gerecht werden. 

Bei den 3D-Druckverfahren handelt es sich um generative Fertigungsverfahren, bei denen die Herstellung direkt auf Basis von rechnerinternen Datenmodellen (CAD-Daten) erfolgt. Das Bauteil wird schichtweise aus vorher flüssigem oder pulverartigem Material erzeugt, weswegen von einer additiven (generativen) Herstellung gesprochen wird (Additive Manufacturing). Dabei ist es möglich, Kunststoffe und Metalle als Ausgangsmaterialien zu verwenden. Dadurch, dass überflüssiges Material recycelt wird, entsteht zudem kaum Abfall. 

3D-Druck - Additive Manufacturing

 

Es existieren momentan verschiedene Herstellungstechnologien, von denen hier näher auf das Fused Deposition Modeling (FDM) und das Polyjet Verfahren eingegangen wird.  Bei diesen Verfahren wird das verwendete Material nach dem gleichen Grundprinzip Schichtweise aufgebracht. Sie unterscheiden sich aber in der Möglichkeit Ihrer Anwendungen. 

Das FDM Verfahren zeichnet sich durch eine breite Auswahl an Materialien (Kunststoffe und Kunststoffmischungen) aus und ist zudem günstig. Die Objekte weisen, wie beim Spritzguss, eine hohe Belastbarkeit auf. Allerdings wird eine Stützkonstruktion benötigt und FDM begünstigt zudem eine schlechte Oberflächenqualität. Durch die erreichbare hohe Belastbarkeit der „gedruckten“ Bauteile kann dieses Verfahren für Kleinstserien verwendet werden.

Beim Polyjet Verfahren können gleichzeitig mehrere Materialien (Fotopolymere) mit unterschiedlichen Eigenschaften gedruckt werden. Es sind sehr feine Strukturen und sehr dünne Wandstärken möglich. Nachteilig für dieses Verfahren ist die geringe Belastbarkeit der Modelle und die ebenfalls benötigte Stützkonstruktion. Die geringe Belastbarkeit führt dazu, dass dieses Verfahren sich eher für die Herstellung von Prototypen eignet. 

Der 3D-Druck bietet somit interessante Einsatzmöglichkeiten für produzierende Unternehmen. Es ist möglich, Bauteile zu konstruieren, optimieren und direkt via 3D-Drucker herzustellen. Anschließend können die Bauteile den Funktionen entsprechend weiterbearbeitet werden. Allerdings ist das Potential noch lange nicht ausgeschöpft weswegen vor allem in der Automobilindustrie und in der Luftfahrt intensiv geforscht wird, um durch den 3D-Druck die Bottlenecks in den Bereichen der Funktions- und Gewichtsoptimierung in der Fertigung zu verbessern. Zudem ist die Verwendung bionischer Konstruktionen im 3D-Druck eine vielversprechende Anwendung, durch den die Optimierung von Bauteilen verbessert werden kann und zudem eine einfache Herstellung durch den 3D-Druck ermöglicht wird.

 

Im nächst erscheinenden Artikel werden wir auf das Thema Bionik in Industriebereichen näher eingehen.