Mit Additive Manufacturing erfolgreich in Serie produzieren

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Ohne Werkzeuge Serienteile bis zu einigen Hundert Stück herstellen

Kleine, komplexe „Blechteile“ sind bei großen Stückzahlen preiswert und schnell mit Werkzeugen herstellbar. Wenn aber nur 20 oder 300 benötigt werden und die Alternative ein großes und schweres Frästeil ist, kann die Fertigung mit AM die Lösung sein. Ohne Werkzeuge sind Einzelstücke und auch Serien von einigen Hundert herstellbar (Bild 9). Dadurch können die Vorteile einer Blech-Biegekonstruktion auch schon in kleinen Stückzahlbereichen und mit maximaler Flexibilität genutzt werden.

Das Beispiel einer Feder für einen Teleskopspiegel (Durchmesser etwa 120 mm, Bild 10) ist in AM nicht besser und kostengünstiger herzustellen als konventionell – die große funktionslose Masse ist dafür ein Hauptgrund. Betrachtet man sich allerdings die eigentlichen Funktion des Bauteils Feder und optimiert diese gezielt für diese Anwendung, ohne auf die Herstellbarkeit zu achten, dann entsteht ein dreieckiges Hohlprofil, das konventionell in dieser Form nicht herstellbar ist (Bild 11). Die resultierende Feder ist von der Geometrie her deutlich komplexer als die alte, hat nur 30 % der ursprünglichen Masse und die relevanten Federeigenschaften sind vergleichbar (Bild 12)

Bei jetzt schon über 90 % Serienanteil an der Fertigung zeigt Additive Manufacturing mit Metall immer öfter neue Wege und neues Potenzial, um komplexe Aufgaben zu lösen. Ein vielversprechender Ansatz ist, sich auf die Funktion zu konzentrieren, ohne darüber nachzudenken, wie sie sich „bauen“ lässt. Dabei gilt es, sich nicht nur auf ein Teil zu konzentrieren, sondern auf die Baugruppe. Das Ergebnis dieser Vorgehensweise sind 100 % funktionale Bauteile. Eigenschaften wie bionisch, monolithisch, miniaturisiert, strömungs-, gewichtsoptimiert, integrale Funktionalität, minimierte Wartung, einfache Herstellbarkeit, Materialwechsel, kundenspezifisch, oft auch in Kombination, sind die entscheidenden Vorteile.

Mit steigender Komplexität steigen nicht die Herstellkosten

Im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsverfahren bedeutet steigende Komplexität bei AM nicht, dass auch die Herstellkosten steigen. Der Konstrukteur muss die Scheuklappen der herkömmlichen Fertigungsverfahren ablegen und sich auf die Funktion fokussieren. Dazu sollte er für ein perfektes Resultat auch die wenigen Limitierungen des AM-Verfahrens kennen. Die grundlegendste Einschränkung des Verfahrens ist: eine Schicht kann nicht frei im Pulver begonnen werden. Wenn das gefordert ist, muss mit Stützstrukturen gearbeitet werden, was zu Nacharbeit und rauen Oberflächen führt. In der Regel bieten aber die Eigenschaften des AM auch hier neue Ansätze um dies zu vermeiden.

Layerwise unterstützt dabei mit Workshops und residential Engineers, die das nötige Fachwissen an die Konstrukteure im Unternehmen vermitteln und helfen neue Wege zu denken. Die Erfahrung lehrt, dass dann plötzlich nicht mehr die Vorstellungskraft des Konstrukteurs oder die Fertigung das Nadelöhr sind, sondern die Umsetzung im CAD. Aus diesem Grunde bietet Layerwise auch Co-Engineering an, bei dem Kunden den Funktionsteil und das Unternehmen das spezifische AM-Design beisteuern, um so zusammen das optimale Ergebnis zu erreichen.

Mit AM ist es möglich, die Grenzen des Machbaren zu verschieben und neue Generationen von Maschinen und Anlagen herzustellen. Oft hängt die Effizienz in einem System an wenigen kleinen Bauteilen, dort gilt es mit der AM-Denkweise anzusetzen und zu prüfen, was sich optimieren lässt. In naher Zukunft wird AM die konventionellen Fertigungsverfahren zwar nicht ersetzen, doch diese zusätzlichen Fertigungsverfahren ermöglicht es, Bauteile mit bisher nicht erreichbaren Funktionalitäten und Freiheitsgraden herzustellen. „Komplexität umsonst“ erlaubt es Ingenieuren, in einer neuen Dimension zu denken: „Design für Funktion“ statt „Design for manufacturing.“

* Marcus Felsch ist Business Development Manager DACH der Layerwise N.V. in 50667 Köln

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