Suchen

3D-Kunststoffdruck

Anwendungsbeispiele mit selektivem Lasersintern (SLS)

| Autor/ Redakteur: Moritz Kügler / Simone Käfer

Jenseits von Rapid Prototyping entstehen in der Additiven Fertigung mit Kunststoffen zunehmend Serienteile. Ein entscheidender Faktor dafür ist eine reproduzierbare Bauteilqualität.

Firmen zum Thema

Das ideale Bauteil für die Additive Fertigung kombiniert Leichtbau mit komplexer Geometrie.
Das ideale Bauteil für die Additive Fertigung kombiniert Leichtbau mit komplexer Geometrie.
(Bild: EOS)
  • Eine Kombination von Leichtbau und komplexer Geometrie ist die ideale Anwendung für die Additive Fertigung. Durchlaufzeiten verkürzen sich von Monaten auf Wochen.
  • Massenware wird individualisiert. Beispiele aus der individuellen Serienfertigung finden sich unter anderem in der Orthopädie und der Automobilindustrie.
  • Oft ist es sinnvoll, mit kleineren, weniger funktionsentscheidenden Bauteilen anzufangen. So kann innerhalb des eigenen Unternehmens Vertrauen zur Technik aufgebaut werden.

Nach einer langen Zeit als Technik für Anschauungs- und Funktionsprototypen hat die Additive Fertigung (AF) nun einen Reifegrad erreicht, mit dem Komponenten und Endteile in Serie produzierbar sind. Dazu musste unter anderem der Bauprozess stabilisiert werden. So können Bauteile mit einer sehr hohen Qualität additiv gefertigt werden – reproduzierbar und zuverlässig. Der immer schneller werdende Bauprozess und eine zunehmende Automatisierung von vor- und nachgelagerten Prozessschritten sorgen gleichzeitig dafür, dass die Systeme stetig produktiver und letztlich die Stückkosten geringer werden.

Ergänzendes zum Thema
Nachgehakt
Warum das SLS-Verfahren für die Serie wählen?

Die im Text genannten Beispiele sind alle auf SLS-Maschinen entstanden. Das selektive Lasersintern (SLS) gehört zu den ersten additiven Verfahren, mit denen auch die Maschinen von EOS arbeiten. Warum gerade dieses Verfahren für eine Serienproduktion geeignet ist, haben wir Moritz Kügler, Produktmanager bei EOS, gefragt.

Herr Kügler, zu den meistgenutzten additiven Verfahren für Kunststoff gehören das FLM-Verfahren* und das SLS-Verfahren. Warum halten Sie das SLS-Verfahren für am geeignetsten für eine Serienproduktion?

Das FLM-Verfahren ist ein – auf den Drucker bezogen – kostengünstiges, aber langsames Fertigungsverfahren für Anwendungen mit üblicherweise niedrigeren Anforderungen an die Bauteileigenschaften. Im Vergleich sind Pulverbett­verfahren sowohl bezüglich Bauteilkosten, Geschwindigkeit als auch Reproduzierbarkeit am besten für Serienanwendungen geeignet. Das führende Pulverbettverfahren wiederum ist das Lasersintern.

Sie haben erwähnt, dass eine Maschine für das FDM günstiger ist. Ist es für einen Einsteiger nicht logischer, damit zu beginnen?

Nicht zwingend. Bauteile in sehr guter und zuverlässiger Qualität lassen sich auch bei einem kostengünstigen Einstieg in die SLS-Technik fertigen. Unsere Formiga P 110 Velocis beispielsweise ist ideal für den Einstieg in den industriellen 3D-Druck. Mit ihr können Anwendungen von Rapid Prototyping bis hin zur wirtschaftlichen Kleinserienproduktion umgesetzt werden.

*FLM = Fused Layer Modeling, FFF (Fused Filament Fabrication), FDM (Fused Deposition Modeling), Schmelzschichtung oder Werkstoff­extrusion; dabei wird mit Kunststoff-Filamenten oder Granulat gedruckt.

Viele Serienanwendungen werden im pulverbettbasierten SLS-­Verfahren, dem selsektiven Lasersintern, hergestellt. Fertigungsdienstleister wie Hasenauer & Hesser haben bereits Tausende Serienteile aus Kunststoffen additiv gefertigt. Der Grund ist letztlich simpel: Warum AF nur für Prototyping einsetzen, wenn die gefertigten Teile qualitativ so hochwertig sind?

Bildergalerie

Leichtbau gepaart mit komplexer Geometrie

Generell kann die Additive Fertigung in allen Industrien Vorteile erschließen. Es kommt allerdings immer darauf an, das passende Bauteil zu identifizieren. Ideal eignen sich Teile, die eine hohe Designkomplexität sowie ein geringes Gewicht-zu-Volumen-Verhältnis haben – also die Kombination von Leichtbau und komplexen Geometrien. Stehen diese Anforderungen im Fokus, kann der 3D-Druck sein Potenzial voll ausspielen. Entsprechend gibt es Industrien, die diese Vorteile früh erkannt haben, darunter die Luft- und Raumfahrt oder der Medizinbereich.

Der Turnschuh aus dem 3D-Drucker

Plus Medica OT beispielsweise bringt traditionelle Verfahren der Orthopädietechnik mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks zusammen und bietet patientenindividuelle Kunststoff­orthesen, additiv gefertigt. Ein Ansatz der so erfolgreich ist, dass das Unternehmen im Mai 2018 in der Mehrheit vom Global Player Ottobock übernommen wurde. Aber auch für Produkte im Lifestyle-Bereich findet AF Anwendung: So finden sich schon länger maßgeschneiderte, additiv gefertigte Brillen, bei denen Gestell und Gläser auf Basis eines 3D-Scans an die individuellen Gesichtszüge des Trägers angepasst werden, oder Turnschuhe mit einer 3D-gedruckten Sohle. Der US-amerikanische Sportartikelhersteller Under Armour ist beispielsweise eine strategische Partnerschaft mit EOS im Bereich Footwear eingegangen.

Individualisierung von massenproduzierten Gütern

Diese Beispiele verdeutlichen zwei weitere Vorteile der additiven Technik. Das eine sind schnelle Durchlaufzeiten: Von der Idee über die Vorserie bis zum Serienprodukt muss es nicht mehr Monate oder Jahre dauern, sondern nur noch Wochen. Der andere Aspekt ist die Möglichkeit zur „Customization“. Die Individualisierung von massenproduzierten Gütern ist ein wachsender Markt – und dem 3D-Drucker ist es egal, ob er in einem Bauzyklus 50 identische oder 50 individuelle Teile produziert.

MM Fokus Additive Fertigung auf ihrem Weg zur Industriereife

Im E-Paper zur Additiven Fertigung erfahren Sie mehr über die Trends des Jahres, additive Verfahren für Kunststoff und Metall, Anwendungen aus der Industrie und wie Sie Fachkraft für Additive Fertigung werden können.

Auch die Automobilindustrie setzt in diesem Kontext immer stärker auf Additive Fertigung. BMW bietet für seinen Mini unter anderem individuelle Dekorleisten für das Armaturenbrett und Blenden für die Blinker an, die der Kunde über einen Onlineshop konfigurieren kann. Das ist nicht nur attraktiv für den Konsumenten, sondern auch ein entscheidendes Signal zum Stand der AF-Technik insgesamt: Das Projekt ist Beleg dafür, dass die AF-Systeme von EOS in Sachen reproduzierbarer Bauteilqualität, Funktionalität und Sicherheit auch die strikten Produktionsrichtlinien von Automobilisten erfüllen.

Weniger Supply-Chain-Kosten

Ein ebenfalls nicht zu unterschätzendes Anwendungsgebiet ist der Bereich Supply Chain. Gerade für die Mobilitätsbranche ist eine über viele Jahre gesicherte Lieferkette mit bedarfsgerechter Ersatzteilfertigung elementar. Gleichzeitig resultiert ein Großteil an Ersatzteilkosten aus Logistik- und Supply-Chain-Kosten.

Vor diesem Hintergrund kann die Additive Fertigung klare wirtschaftliche Vorteile bringen, indem die Technik eine schnelle Ersatzteilfertigung kleiner Losgrößen nach Bedarf ermöglicht. Das sorgt im Ergebnis für wegfallende Werkzeugkosten, verringerte Lager­haltungs­kosten und vermeidet im Umkehrschluss die Produktion nicht benötigter Ersatzteile.

Im Bereich Mobility beispielsweise nutzt die Bahn 3D-gedruckte Ersatzteile in ICE-Zügen. Konkret geht es dabei um die Kleinserienproduktion dünnwandiger Leuchtröhrenhalterungen für die Displaybeleuchtung der elektronischen Bordinformationssysteme. Gerade solche kleinen, eigens angefertigten Bauteile sind es, die zur Herausforderung werden können, da sie bei Ausfall oder Verschleiß nicht immer beim Hersteller nachgeordert werden können. Außerdem handelt es sich häufig um kleine Stückzahlen, die sich mit konventionellen Verfahren aufgrund von hohen Werkzeugkosten und Mindestabnahmemengen nicht wirtschaftlich abbilden lassen. Durch die Additive Fertigung ist das für die Deutsche Bahn jedoch kein Problem mehr.

Disruption darf man auch als Chance sehen

Die Additive Fertigung hat also dort ihre Stärken, wo die konventionelle Fertigung an Grenzen stößt. Die additiven Fertigungsverfahren limitieren nicht die Kreativität in Design und Konstruktion, sondern ermöglichen Designfreiheiten. Der industrielle 3D-Druck ist ein Herstellungsprozess, bei dem die Konstruktion die Fertigung bestimmt. Und mit der gegebenen Technik ist die zuverlässige Produktion in Serie möglich. Das klingt für viele eindrucksvoll und für manchen sogar einschüchternd. Doch es gilt: keine Scheu vor der Technik!

Natürlich setzt die Additive Fertigung ein Umdenken voraus, das beginnt bereits bei der Bauteilkonstruktion. Aber genau daraus ergibt sich das Disruptionspotenzial. Oft ist es sinnvoll, mit kleineren, weniger funktionsentscheidenden Bauteilen anzufangen. So kann auch innerhalb des eigenen Unternehmens das Potenzial des industriellen 3D-Drucks aufgezeigt, Vertrauen zur Technik aufgebaut und ein Umdenken initiiert werden.

Da die industrielle Produktion derzeit insgesamt einen grundlegenden Wandel durchläuft, ist es wichtig, dass Unternehmen sich rechtzeitig mit Techniken beschäftigen, die Disruptionspotenzial haben. Sei es um das eigene Geschäftsmodell effektiv zu verteidigen, oder um in neue Geschäftsfelder einzusteigen.

* Moritz Kügler ist Produktmanager bei EOS in 82152 Krailling, Tel.: (0 89) 8 93 36-0

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 45996426)