3D-Druck: Versteckte Revolution einer jungen Technologie

Neben Kunststoffen können auch eine Vielzahl von Metallen und Legierungen für den 3D-Druck verwendet werden. Bilder: pixabay

Hamburg, 10.04.2017.

Additive Fertigungsverfahren sind fest etabliert im produzierenden Gewerbe / 3D-Druck ermöglicht Einsparungen in der Lagerlogistik / Auch Metalle und Legierungen lassen sich „drucken“

Professionelle 3D-Drucker arbeiten nicht nur schnell und sauber – sie arbeiten auch äußerst akkurat bei komplexen Formen.

Bereits im Jahr 1986 wurde eine erste Form des 3D-Drucks vom US-Amerikaner Chuck Hull zum Patent angemeldet. Bekanntheit erlangte diese Produktionsform in der öffentlichen Wahrnehmung jedoch erst vor wenigen Jahren. Der 3D-Druck sollte es auch Privatanwendern ermöglichen, sich kleine Gegenstände einfach drucken zu lassen. Doch die Entwicklung konzentrierte sich keinesfalls auf den Consumer-Bereich. Inzwischen ist der 3D-Druck besonders aus dem industriellen Bereich nicht mehr wegzudenken.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Produktionsverfahren, bei denen aus dem Rohmaterial die benötigten Formen gestanzt oder gefräst – kurz gesagt: subtrahiert – werden, wird im 3D-Druck ein Produkt Schicht für Schicht hergestellt – deswegen auch „additives Fertigungsverfahren“. Dabei wird häufig auch nur so viel Rohmaterial verwendet, wie eben benötigt wird.

Alles nur Plastik? Ein Irrglaube 

Selbstredend eignen sich für den 3D-Druck nur bestimmte Materialien – vorrangig Kunststoffe. Doch sind additive Fertigungsverfahren keinesfalls ausschließlich darauf beschränkt. Professionelle Maschinen ermöglichen auch die Verarbeitung einer Vielzahl von Metallen und Legierungen im 3D-Druck. Besonders für die industrielle Produktion ist diese Tatsache natürlich von enormem Interesse. Robuste Ersatzteile für mechanische Systeme lassen sich somit auch mit diesem Produktionsverfahren realisieren.

Die drei Verfahren des 3D-Drucks

Ohne zu sehr ins Detail gehen zu wollen, erklären wir kurz die drei verbreitetsten Arten von additiven Fertigungsverfahren. So werden beim pulverbasierten Verfahren („Powder Bed Fusion process“) dünne Schichten von Pulver (beispielsweise Metall oder Keramik) auf eine Arbeitsfläche aufgetragen. Im nächsten Schritt wird durch einen Laser eine definierte Kontur geschmolzen, die sich nach dem Erstarren verfestigt. Schicht für Schicht ersteht so das fertige Produkt. Dieses Verfahren wird überwiegend im industriellen Sektor angewendet. Daneben gibt es noch das Photopolymerisationsverfahren. Hier werden flüssige Photopolymere zumeist durch UV-Strahlung auf einer Bauplattform vernetzt, sodass sich das Polymer verfestigt. Für die meisten Endverbraucher am bekanntesten ist das Extrusionsverfahren. Hier wird erhitzter thermoplastischer Kunststoff über eine Düse geometrisch definiert in Schichten aufgetragen.

Vorteile für die Industrie

Man könnte denken, dass gerade dem produzierenden Gewerbe der 3D-Druck ein Dorn im Auge sei, doch das Gegenteil ist der Fall. Die klassische Produktion wird keinesfalls durch den 3D-Druck ersetzt, denn es sind definitiv Grenzen in der Größe und dem Material gesetzt. Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren vielmehr für eine Modernisierung der Produktion gesorgt, denn gerade bei kleineren Bauteilen bieten additive Fertigungsverfahren die Möglichkeit, exakt nach Bedarf zu produzieren. Dadurch, dass Waren jederzeit und auch kurzfristig produziert werden können, ohne einen ineinandergreifenden Maschinenpark zu betreiben, müssen keine Reserven angelegt werden. Somit kann Lagerplatz und Zeit bei der Intralogistik eingespart werden. Grundlage für jeden 3D-Druck ist ein digitales CAD-Modell des zu fertigenden Gegenstands. Die Maschine erledigt den Rest.

Was wird gedruckt?

Additive Fertigungsverfahren werden heutzutage bereits in etlichen Industriezweigen eingesetzt. Angefangen bei naheliegenden Branchen wie der Automobil-, Elektronik-, Raumfahrt-, Rüstungs- oder auch Spielwarenindustrie, wird der 3D-Druck auch in der Medizintechnik, der Textilindustrie als auch im Sport- und Fitness-Sektor angewandt. Dabei geht es in den seltensten Fällen um die Anfertigung von Verkaufsgütern, sondern eher um die Produktion einzelner Bestandteile oder das Erstellen von Prototypen.

Deutschland führend 

Nach einer Studie des Wirtschaftsprüfungsunternehmens Ernst & Young wenden in Deutschland bereits 37 Prozent der Unternehmen diese Technologie an. Damit liegt Deutschland auf dem Spitzenplatz noch vor China und Südkorea (24 %) und den USA (16 %). Zudem sind deutsche Unternehmen auch speziell beim Einsatz des Photopolymerisationsverfahren weltweit führend. Additive Fertigungsverfahren sind nicht nur die Zukunft, sie sind auch Vergangenheit und Gegenwart des produzierenden Gewerbes. Sie sparen Ressourcen, Aufwand und Lagerplatz und erreichen aktuell auch im Consumer-Markt beachtliche Erfolge mit Desktop-Druckern. International haben sich die Verkäufe hier seit 2010 innerhalb von zehn Jahren verzwanzigfacht und können durch sinkende Preise und verbesserte Drucker weiterhin steigen.

Quellen:

  • „EY’s Global 3D printing Report 2016“ von Ernst & Young
  • Studie: „Additive Fertigungsmethoden“ von „AUTONOMIK für Industrie 4.0“

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