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Kommentar Neue Werkstoffe, neue Verfahren, neue Logistik

Autor / Redakteur: Claus Emmelmann / Simone Käfer

„Auch die Hersteller von 3D-Druckern werden sich umschauen müssen”, Claus Emmelmann, Institutsleiter des Fraunhofer-IAPT, gibt eine Einschätzung der aktuellen Situation sowie der möglichen Fortschritte in der Additiven Fertigung.

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Additive Fertigung – die aktuelle Situation und was auf die Beteiligten zukommen wird. Eine Einschätzung von Prof. C. Emmelmann.
Additive Fertigung – die aktuelle Situation und was auf die Beteiligten zukommen wird. Eine Einschätzung von Prof. C. Emmelmann.
(Bild: ©Julien Eichinger - stock.adobe.com)

Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann ist Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik an der TU Hamburg-Harburg und Institutsleiter der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien (IAPT)
Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann ist Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik an der TU Hamburg-Harburg und Institutsleiter der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien (IAPT)
(Bild: © Deutscher Zukunftspreis 2015)

Der Markt der additiven Produktion hat sich nach durchschnittlichen jährlichen Wachstumsraten im klassischen Geschäft mit Kunststoffprototypen von rund 20 % im Jahr durch erste Anwendungen in Funktions- und Serienteilen, insbesondere auch in Metall, derzeit auf Wachstumsraten bis 40 % mit einem Gesamtvolumen von etwa 5 Mrd. Euro in 2016 gesteigert. Experten gehen davon aus, dass sich der Markt in zehn Jahren mindestens verzehnfachen wird. Hierbei werden die Erschließung profitabler Funktionsvorteile unter anderem im Leichtbau, der Hydraulik und der Thermodynamik für Metallapplikationen in der Medizin-, Luftfahrt-, Fahrzeug- und Maschinentechnik für Serienteile sowie der gesamte Ersatzteilmarkt eine wichtige Rolle spielen.

Polypropylen und Hochleistungslegierungen sind im kommen

Auch bei den Werkstoffen selbst wird sich viel tun. Nachdem FDM-­Kunststoffe auch für die Serienfertigung in der Luftfahrt qualifiziert wurden und Polyamid 12 sich im Lasersinterprozess etabliert hat, haben Metalle in Cobalt-Chrom-Legierung für den Zahnersatz sowie Titan-Vanadium für die Endoprothetik, die Luftfahrt und seit Neustem auch in der Automobilindustrie den Durchbruch in die Serienfertigung erlangt. Hier sind es hochwertige Funktionsbauteile, die den heute noch kostenintensiven 3D-Druck rechtfertigen. Während im Kunststoff nun auch Polypropylen, PA6 und PEEK den Einritt in 3D-Druck-Anwendungen finden, werden für die Metalle eher Hochleistungslegierungen für den Turbinenbau wie Titanaluminide oder auch neue höherfeste Aluminiumlegierungen entwickelt, die neben Werkzeug- und Edelstählen für Werkzeuge ebenfalls den Serieneinsatz von funktionell überlegenen Bauteilen profitabel machen.

Die Logistik wird sich verändern

Neben den Werkstoffen wird es auch im logistischen Sektor Veränderungen geben. Ich rechne stark mit einer Dezentralisierung der Produktion. Nach Etablierung der ersten funktionsfähigen und weitgehend automatisierten 3D-Druck-Fabriken, die auch wir im Institut für Additive Produktionstechnologien mit Kunden derzeit planen und realisieren, werden diese sicher schnell dezentral in der Nähe von Kunden kopiert, um logistische Vorteile zur Senkung der Herstellkosten und Lieferzeiten zu realisieren. Diese Entwicklung sehe ich bereits in den nächsten Jahren, zumal auch Logistikbetreiber wie UPS oder die HHLA in Hamburg diese Entwicklungen selbst wertschöpfend vorantreiben.

Neue Verfahren werden mit bekannten Herstellern konkurrieren

Allerdings ist die Logistik nicht als einzige Sparte der Industrie betroffen. Auch die Hersteller von 3D-Druckern werden sich umschauen müssen. Zwar ist der deutsche Maschinenbau derzeit mit Unternehmen wie EOS, Concept Laser (beziehungsweise GE), SLM Solutions, Trumpf und auch DMG Mori technisch weltführend aufgestellt. Sollte es jedoch gelingen, mit dem Multidüsen-Binderjetting die Kunststoffmärkte und auch durch MIM-Technik die Metallmärkte qualitätsgerecht zu erschließen, erwächst den heute noch dominanten lasergestützten 3D-Druck-Techniken eine Ergänzung, die im Gesamtmarkt durchaus eine wichtige Rolle spielen kann. Für die Erschließung des Marktes durch den 3D-Druck sind solche Entwicklungen mit über 100-fachen Aufbauraten jedoch wichtig, damit die potenziell profitabel zu erschließenden Anwendungen exponentiell steigen.

Das wird wiederum die Logistik nachhaltig verändern, weil sich dann der Versand von Bauteilen auf den digitalen Datenaustausch beschränkt und Material erst dort wertgeschöpft wird, wo es tatsächlich gebraucht wird. Die Ökonomie und Ökologie wird es dann dem 3D-Druck danken, was heute aber noch eher Zukunftsvision ist.

* Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann ist Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik an der TU Hamburg-Harburg und Institutsleiter der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien (IAPT) in 21029 Hamburg, Tel. (0 40) 48 40 10-5 00, info@iapt.fraunhofer.de, www.iapt.fraunhofer.de

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