Der 3D-Druck, auch „Additive Manufacturing“ (AM) genannt, schickt sich an die Industrie nachhaltig zu verändern. Das revolutionäre Produktionsverfahren bietet völlig neue Möglichkeiten, weswegen es bereits bei zahlreichen Unternehmen in der industriellen Fertigung zum Einsatz kommt. Verschiedene Schwergewichte der Industrie investieren bedeutende Summen in diese Technologie, in der bisher vor allem auf den Werkstoff Kunststoff gesetzt wurde. Durch Materialien wie Keramik oder Metallpulver erschließen sich nun jedoch interessante neue Optionen für die industriellen Fertigung.
Wie funktioniert das 3D-Druckverfahren?
Bereits seit Anfang der 1980er Jahre wird mit 3D-Druckverfahren experimentiert. Seit den 1990er Jahren ist der 3D-Druck mit Kunststoff kommerziell im Einsatz. Innerhalb der letzten 10 Jahre erfuhr die Technologie jedoch einen wahren Boom und hat seither beachtliche Fortschritte gemacht. Inzwischen gibt es rund 25 unterschiedliche Produktionsverfahren, die sich jedoch im Kern wie folgt beschreiben lassen:
Beim 3D-Druck entstehen beliebige dreidimensionale Werkstücke, indem ein Material wie Kunststoff, Kunstharz, Sand, Wachs oder Metall computergesteuert Schicht für Schicht auf einer Werkbühne aufgetragen wird. Dadurch entstehen stabile Strukturen bei einem vergleichsweise geringen Materialeinsatz. Grundlage dieses Prozesses ist ein geometrischen Modell des anzufertigen Gegenstands, das mit Hilfe eines CAD-Programms erstellt wurde und alle Maße exakt definiert. Der Computer realisiert das vorgegebene Modell, in dem physikalische oder chemische Schmelz- oder Härtungsprozesse auf den jeweiligen Werkstoff angewendet werden. So entstehen vergleichsweise schnell und kostengnstig Bauteile, Prototypen oder fertige Endprodukte, da beispielsweise gegenüber dem Spritzgussverfahren das aufwändige Herstellen von Formen entfällt.
3D-Druck ist längst in der Industrie angekommen
Auf der Drupa 2016 in Düsseldorf war der 3D-Druck eines der Top-Thmen. Große Chancen werden seither vor allem für Druckdienstleister, Maschinenbauer und Anwender im Bereich der Design- und Verpackungsindustrie sowie im Automobilbau und der Dental- und Medizintechnik gesehen. Laut einer Umfrage des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA), produziert heute bereits fast jedes zweite Maschinenbau-Unternehmen mit Bauteilen, die im 3D-Druckverfahren hergestellt wurden. Etwa ein Drittel der befragten Unternehmen befinden sich derzeit in der Orientierungsphase. Somit lässt sich sagen, dass der 3D-Druck längst in der Industrie etabliert ist und heute bereits zahlreiche Produktionsprozesse postiv beeinflusst.
Inzwischen auch hochkomplexe Produkte realisierbar
Während anfangs vor allem Modelle und Protoytpen im 3D-Druckverfahren gefrtigt wurde, sind heute auch hochkomplexe Produkte realisierbar. So stammen inzwischen etwa Kupfer Induktoren aus dem 3D Drucker, die bisher für jeden Anwendungsbereich in einem zeitaufwendigen Prozess eigens konstruiert und produziert werden mussten. Durch die Relaisierung im 3D-Druckverfahren entfallen langwierige und mit hohen Kosten verbundene Produktionen. Aber auch in der Luftfahrt sind inzwischen zahlreiche Bauteile aus dem 3D-Drucker im Einsatz. Neben Teilen für die Kabineninnenausstattung werden sogar Triebwerks- und Turbinenteile auf diese Art hergestellt.
Kleinere Anpassungen an diesen Bauteilen sind nun binnen weniger Stunden möglich, was nicht nur enorme Einsparpotentiale bedeutet. Designer und Ingenieuere können sich nun auf einen sogenannten Design Driven Manufacturing Process konzentrieren. Bei diesem definiert die Konstruktion der Bauteile das Fertigungsverfahren und nicht, wie bisher üblich, die Grenzen des Fertigungsverfahrens die Konstruktion. Dieses Umdenken ermöglicht maximale Designfreiheit und eröffnet neue Möglichkeiten der Produktoptimierung. Zwar sind auch dem 3D-Druck noch Grenzen gesetzt, die fortschreitende Entwicklung und immer neue verarbeitbare Materialien lassen jedoch einen weiteren Quatensprung in der Produktion realistisch erscheinen.