Google+ Facebook Twitter XING LinkedIn GoogleCurrents YouTube

Veranstaltung

Additive Fertigung – Die ungelösten Probleme

| Autor: Simone Käfer

Auf den Print-Knopf drücken und am Ende kommt ein fertiges Bauteil heraus. Bis die Additive Fertigung so weit ist, sind noch einige Hürden zu nehmen.
Auf den Print-Knopf drücken und am Ende kommt ein fertiges Bauteil heraus. Bis die Additive Fertigung so weit ist, sind noch einige Hürden zu nehmen. (Bild: ©tashatuvango - AdobeStock)

Firma zum Thema

Probleme, Herausforderungen, sich vortastende Anwender und nachziehende Hersteller – bei der IHK in Heilbronn wurde Tacheles geredet.

Über 100 Interessierte waren zur Veranstaltung der IHK Heilbronn-Franken erschienen, um aus erster Hand zu erfahren, was zurzeit mit Additiver Fertigung möglich ist. Ein Fazit nach sieben Rednern aus Forschung, Luftfahrt, Automotive und Automatisierung: Wir haben noch einen weiten Weg vor uns. Gleich der erste Redner, Patrick Springer vom Fraunhofer-IPA, hatte eine lange Liste an Punkten, die noch einer Entwicklung bedürfen, bevor die Additive Fertigung in Produktionshallen einziehen kann. Markant ist seine Aussage zum Stand der Technik: „Derzeit befinden wir uns eher in einer Manufaktur als in einer Produktion.“ Es fehle an einem Qualitätssicherungsprozess und der Möglichkeit, Verfahren zu kombinieren, um eine Prozesskette aufzubauen. Denn bei der Entwicklung vieler Maschinen für die Additive Fertigung wurde nicht an Schnittstellen für ERP und MES gedacht. Doch ohne diese Verknüpfung mit den übergeordneten Programmen sind 3D-Drucker nicht in einer Produktionslinie einsetzbar. Ebenso vermisst der Wissenschaftler Ansätze zur Vernetzung. Zwar sind die Themen Big Data und Cloud-Services noch nicht Standard in der Industrie, doch scheint dies nur noch eine Frage der Zeit zu sein. 3D-Drucker sind jedoch nicht darauf vorbereitet. Dafür fehlt es laut Springer an der Sensorik, die den Bauprozess analysiert und eine Traceability für das Bauteil ermöglicht.

Das Problem Material

Doch die Probleme – oder die Chancen zur Weiterentwicklung – liegen nicht nur bei den Maschinen. Da ist einerseits das Material, das oft vom Maschinenhersteller selbst geliefert wird, der sich das natürlich bezahlen lässt. Das treibt nicht nur die Kosten in die Höhe, sondern Anwender werden in der Auswahl auch eingeschränkt. Zusätzlich, erklärt Markus Kafara, Fachgebietsleiter der Fraunhofer-Projektgruppe Regenerative Produktion, besitzen die Materialien auch anisotrope Eigenschaften. Das heißt, sie verhalten sich in Aufbaurichtung anders als in x-y-Richtung. Diese Eigenschaften müssen Konstrukteure und Designer kennen, aber auch in Konstruktions- und Simulationssoftware müssen die genauen Daten hinterlegt sein. Denn sowohl bei Metallen als auch bei Kunststoffen sprechen Anwender von Schrumpfen und Verzug. Womit sich auch schon die nächsten beiden Herausforderungen auftun: Konstruktion und Software.

Das Problem Konstruktion

Es fehlt noch an Erfahrung im 3D-Druck-gerechten Konstruieren. Ob festgelegte Konstruktionsrichtlinien ausreichen werden, ist fraglich. Denn die Additive Fertigung erfordert eine neue Fragestellung. Nicht mehr: „Was kann ich herstellen?“, sondern: „Welche Funktionen muss das Bauteil erfüllen?“ bestimmt nun den Designprozess. Runde Flächen sind einfacher zu realisieren, aus mehreren Bauteilen wird eines und alles wird leichter bei gleichzeitig weniger Materialabfall und -verbrauch. Verschärft wird das Thema durch die fast schon ketzerische Frage von Springer: „Ist CAD-Software überhaupt noch notwendig?“ Am Beispiel eines Hydraulikblocks zeigt der Forscher vom Fraunhofer-IPA den Zuschauern in Heilbronn komplexe Strukturen, die in einem CAD-Programm nicht abbildbar waren. Die Alternative ist Topologieoptimierung. Diesem Thema war der Vortrag von Kaj Führer gewidmet. Führer leitet das Systemhaus Technik Süd des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das auf vier Maschinen Prototypen aus Metall und Kunststoff additiv fertigt. Bei seinem Vortrag merkt man schnell, dass sich für die Konstrukteure etwas ändern muss. Denn laut ihm, ist die erste Frage in dem auf Topologieoptimierung basierenden Konstruktionsprozess: Wie groß darf mein Bauteil maximal sein? Ist die Dimension festgelegt, werden Lastfälle angelegt, die bestimmen, auf welche Stellen Kräfte wirken. Nur entlang dieser Lastpfade wird Material geplant. Und schon kann gedruckt werden, erklärt Führer. Klingt einfach. Springer gab in seinem Vortrag zu bedenken, dass sie mehrere Versuche benötigten, bis das Bauteil fertig und seine Performance gesteigert war. Aber da, laut Führer, im Programm Regeln zur Konstruktion hinterlegt werden können, wird sich wohl auch das Trial-&-Error-Problem mit der Zeit erledigt haben.

Das Trial-&-Error-Problem

Das wiederum ist derzeit noch ein recht großes. Denn glaubt man den Erfahrungen von Airbus und Audi, stehen vor dem fertigen Bauteil erste Fehlversuche. Der Innovation Manager bei Airbus, Peter Pirklbauer, erwähnt es am Beispiel eines Ruheraums für Piloten. Der additiv gefertigte Ruheraum, über ein Simulationstool optimiert, war zwar 30 % leichter als sein Vorgänger, aber auch um ein Vielfaches überdimensioniert: Anstatt der geplanten 4,5 t Belastung, ertrug er 12,5 t. Um diese Erfahrungen innerhalb des Konzerns und auch an die Zulieferer weiterzugeben, hat Airbus eine eigene Abteilung aufgebaut. Auch Audi, respektive der VW-Konzern, gönnt sich Mitarbeiter, die sich einzig und allein mit der Additiven Fertigung beschäftigen. Diese werden je nach Bedarf durch andere Mitarbeiter und Fachkräfte von außen ergänzt. Lars Reichelt, Projektleiter Additive Manufacturing bei Audi, bekräftigt, wie wichtig es ist, im Bereich Simulation Wissen aufzubauen. Denn auch Audi hat das Trial-&-Error-Spiel gespielt.

Auftragsfertiger oder eigene additive Fertigungsanlage

Make-or-Buy-Entscheidung

Auftragsfertiger oder eigene additive Fertigungsanlage

24.11.17 - Ab wann ein Auftragsfertiger teurer wird als eine eigene additive Fertigungsanlage ist schwer zu eruieren. Ein unabhängiges Beratungshaus bringt Licht in diese Make-or-Buy-Entscheidung. lesen

Das Problem Großserie

Reichelt macht zudem deutlich, „wie weit weg wir noch von einer hoch industrialisierten Technik sind.“ Die Zusammenarbeit mit Anlagenherstellern sei intensiv, an dem Thema Industrialisierung für die Additive Fertigung würden sie gemeinsam arbeiten; aber für die Serienfertigung wären die Maschinen einfach noch nicht reif, erklärt er. Die mangelnden technischen Gegebenheiten treiben die Kosten in die Höhe. Um das Dilemma zu verdeutlichen, ein kleines Rechenbeispiel: Ein gedrucktes Kilo koste Audi heute 1700 Euro, vom Engineering bis zum fertigen Bauteil. Ist 2020 die Automatisierung in die Additive Fertigung eingezogen, würde ein Kilo noch geschätzte 200 Euro kosten. Wirtschaftlich wäre das für Fahrzeuge mit einer Stückzahl bis 2000. Die Stückzahl beim Audi A4 beträgt 800.000. 3D-Druck in der Großserie scheint unerreichbar.

Kein Problem: Sinnvolle Anwendungen

Warum also in die neue, offenbar noch unausgereifte Technik investieren? Kleinserien, individualisierte Produkte, disruptive Bestrebungen noch nicht erkannter Konkurrenten und Gewichtsreduzierung sind die Antworten der Redner in Heilbronn. Selbst wenn der 3D-Druck vielleicht nie in den A4 einzieht, so ist er heute schon im RS6. Denn bei diesem Modell kostet eine additive gefertigte Auspuffblende den Autohersteller 3500 Euro anstatt 25.000 Euro bei der konventionell gefertigten Variante. Auch der Greiferhersteller Schunk setzt auf Additive Fertigung. Über das webbasiertes Designtool e-Grip können Kunden sich ihren anwendungsspezifischen Greiferfinger konstruieren, passend zu dem zu greifenden Objekt. Da es sich hier um kleine, individuelle Bauteile in kleinen Stückzahlen, aber mit komplexer Geometrie handelt, bietet sich 3D-Druck an.

Herausforderungen im Post-Processing

Nachbearbeitung

Herausforderungen im Post-Processing

27.03.18 - So schnell ein Bauteil per 3D-Druck auch gefertigt ist, ohne Nachbearbeitung kommen nur wenige aus. Doch diese birgt noch Innovationspotenzial. lesen

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45107074 / Additive Fertigung)

Themen-Newsletter Additive Fertigung abonnieren.
* Ich bin mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung einverstanden.
Spamschutz:
Bitte geben Sie das Ergebnis der Rechenaufgabe (Addition) ein.

Meistgelesene Artikel

Linearmotor: Der „abgewickelte“ Rotationsmotor

Grundlagen Linearmotoren

Linearmotor: Der „abgewickelte“ Rotationsmotor

11.10.18 - Wenn in der Automatisierungs- oder Handhabungstechnik hohe Dynamik beim translatorischen Vortrieb gefragt ist, sind Linearmotoren die Antriebe der Wahl. Diese Direktantriebe sind nicht neu, doch erst nach und nach setzten sie sich in der Lineartechnik durch. Insbesondere bei hoch dynamischen Positionieraufgaben bewähren sie sich. lesen

DMG Mori legt mit Famot einen digitalen Meilenstein

Famot

DMG Mori legt mit Famot einen digitalen Meilenstein

09.10.18 - Feierlich eröffnete DMG Mori unlängst die modernisierte und erweiterte Produktionsstätte Famot im polnischen Pleszew. lesen

Das kostet die Additive Fertigung

Kostenkalkulation

Das kostet die Additive Fertigung

04.10.18 - Wie viel es ein Unternehmen tatsächlich kostet, ein Bauteil selbst additiv zu fertigen, war bisher ein großes Rätsel. Forscher der Hochschule Aalen haben mit mehreren Unternehmen ein Kostenmodell erstellt. Nun kann jeder den Preis selbst berechnen. lesen