3D-Druck: Technik mit Potenzial

Ob Lebensmittel, Filmkulissen oder Prothesen – die additive Fertigung ist derzeit in aller Munde. Das Düsseldorfer Messequartett zeigt im Juni das Potenzial des industriellen 3D-Drucks.

Die Technik ermöglicht es, komplexe Teile aus unterschiedlichsten Stoffen herzustellen. Und das in höchster Qualität. Immer häufiger ergänzt oder ersetzt der dreidimensionale Druck herkömmliche Herstellungsprozesse. Davon profitieren nicht nur Medizintechnik, Automobilindustrie oder Luft- und Raumfahrt, auch Gießerei-Industrie, Stahl- und Aluminiumbranche haben das Potenzial des 3D-Drucks erkannt. Wie das konkret aussehen kann, wird auch auf dem Düsseldorfer Messequartett Gifa, Metec, Thermprocess und Newcast vom 25. bis zum 29. Juni zu beobachten sein. Dann widmet sich eine eigene Sonderschau dem Thema „Additive Manufacturing“.

Größter Vorteil der additiven Fertigung: Die Unternehmen sparen Zeit. Denn oft nutzen sie direkt CAD-Daten, ohne dass vorher ein Werkzeug gebaut werden muss. „Gerade in der Automobilindustrie läuft die gesamte Entwicklung werkzeuglos und dadurch deutlich schneller ab, die Produkte kommen zügiger auf den Markt“, sagt Tobias King, Director Marketing & Applications bei der Firma voxeljet aus Friedberg bei Augsburg. Formensätze für Turbolader etwa werden innerhalb von einer Woche gedruckt, dann getestet und anschließend gegebenenfalls noch einmal am Computer modifiziert. Die dazugehörigen CAD-Daten passen die Entwickler mit einigen Klicks digital an.

Das entsprechende CAD-Programm berechnet die verschiedenen Ebenen, der 3D-Drucker baut sie Schicht für Schicht auf. Material wird nur dort verbunden, wo es gebraucht wird oder als Stützstruktur notwendig ist. Dadurch bietet sich Entwicklern, Ingenieuren oder auch Architekten eine neue Vielfalt geometrischer Formen. Gerade kleinste Stückzahlen oder Einzelteile etwa für Prototypen lassen sich so kostengünstig produzieren, validieren und dann in die Serienproduktion überführen.

Häufig gehen additive Fertigung und konventionelle Techniken Hand in Hand. „Für uns bietet die additive Fertigung interessante Perspektiven, insbesondere bei der Ergänzung unserer Fertigungsverfahren“, sagt Cesare Troglio, Leiter des Bereichs Technik und Innovation im Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG). Viele Gießereien nutzen das Verfahren entweder zur Herstellung von Formen und Kernen oder von Modellen und Werkzeugeinsätzen. Dabei kombinieren sie die additive Fertigung mit den bewährten Gießverfahren. Der direkte Metalldruck von Bauteilen konzentriert sich Troglio zufolge noch auf die Herstellung von Prototypen und kleinen Serien. Es würden aber gewaltige Anstrengungen unternommen, um das Verfahren weiter zu industrialisieren.

Vor allem die Elektromobilität und die Leichtbauweise in der Automobilindustrie bringen neue Chancen und Herausforderungen für die Branche mit sich. So hat eine vom BDG initiierte Studie herausgefunden, dass zwar manche Motor-Komponenten für die Gießerei-Unternehmen durch die neuen Antriebskonzepte wegfallen werden, die Gussproduktion insgesamt für Hybrid- und Elektro-Antriebe jedoch erst einmal zunehmen wird.

Und auch hier kommt wieder die Additive Fertigung ins Spiel. Gerade bei Elektromobilen spielt das Thermomanagement sowohl des Motors als auch der Batterie eine große Rolle. Die notwendigen Temperierkanäle kommen aus der Gießerei. „Dafür sind komplexe Hohlräume notwendig, die sich durch Umformen oder Schweißen nicht herstellen lassen“, erklärt Troglio. Die additive Fertigung liefere hier zusätzliches Potential zur optimalen Gestaltung der neuen Komponenten.

Ein Allheilmittel ist der 3D-Druck dennoch nicht. „Additive Fertigung“, sagt der Fertigungsexperte Franz-Josef Wöstmann vom Fraunhofer Institut IFAM in Bremen, „ist Ergänzung, nicht Substitution.“ Zu hoch seien zum Teil noch die Kosten für additiv gefertigte Bauteile, meint auch Troglio. Viele 3D-Drucker geraten spätestens dort an ihre Grenzen, wo sich mit konventionellen Fertigungsverfahren hohe Stückzahlen wirtschaftlich erzielen lassen. Zudem fehlt es auch hier an Fachkräften.

Für Gründer oder junge Unternehmen ist die additive Fertigung aber die ideale Spielwiese. Nicht nur im Bereich der Konstruktion, auch in der Simulation, der Software oder als Dienstleistung im Engineering eröffnen sich neue Möglichkeiten. Start-ups könnten Anlagenherstellern dabei helfen, ihre Verfahren weiterzuentwickeln. Dabei geht es um Themen wie Prozesskontrolle und Automatisierung. Manche Anbieter verkaufen ihre Drucker offen ohne Material, sodass sich an einem Tag mit Nylonfaden und am nächsten Tag mit Schaumstoff arbeiten lässt. Oder man schließt sich mit einem Materialhersteller zusammen und entwickelt ein völlig neues Produkt. Als Dienstleistung, um den Cashflow sicherzustellen, könnten Gründer wie eine Art Copy-Shop das Drucken anbieten, schließlich muss und kann nicht jeder ein solches Gerät besitzen.

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Mit freundlicher Unterstützung der Messe Düsseldorf.