Additive Fertigung Vom Rapid Prototyping zur Serienfertigung

Autor / Redakteur: Jürgen Schreier / Peter Königsreuther

3D-Druck ist ein Hype, aber nichts wirklich Neues. Zunehmend jedoch wandert der 3D-Drucker vom Prototyping in die Serienfertigung – nicht zuletzt dank größerer Bauräume und höherer Arbeitsgeschwindigkeiten. Auch die Werkstoffvielfalt wächst.

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Blueprinter: Der weltweit einzige 3D-Drucker mit SHS Technologie
Blueprinter: Der weltweit einzige 3D-Drucker mit SHS Technologie
(Messe Erfurt GmbH)

Zerspanen, Umformen, Stanzen, Trennen: Diese (und andere) klassischen Bearbeitungsverfahren sind den allabendlichen Fernsehnachrichten in der Regel keine Schlagzeile wert. Der 3D-Druck dagegen hat den Sprung auf die besten Sendeplätze geschafft. Nicht ohne Grund: Denn 3D-drucken kann heute jeder. Die Geräte sind erschwinglich und liefern mit ein bisschen Übung recht ansehnliche Ergebnisse: die Blumenvase für Oma, eine Perlenkette für die Liebste und einen Mini-Darth-Vader für die Kids. Zudem hält der eingängige Begriff „3D-Druck“ das Thema in der Öffentlichkeit am Köcheln, selbst wenn die kühne Prognose, wonach alsbald jedermann zu Hause die Ersatzteile für seine Gerätschaften selbst ausdrucken könne, inzwischen vom Tisch ist, wie
Dr. Wilfried Schäfer, Geschäftsführer des Vereins Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW), feststellt. Vielmehr drehe sich die Diskussion jetzt um den Einzug des 3D-Drucks in die industrielle Fertigung, also weg vom Rapid Prototyping oder Tooling hin zum Rapid Manufacturing.

Vom Prototyping in die Fertigung

Und so präsentiert auch die vom VDW veranstaltete Metallbearbeitungsmesse Metav (23. bis 27. Februar 2016) in der „Additive Manufacturing Area“ die gesamte Bandbreite additiver Verfahren, Materialien und Dienstleistungsangebote und ergänzt so ihr Angebot an Produktionstechnik für alle Branchen. Vor allem im Maschinen-, Flugzeug-, Automobil- und Werkzeugbau sowie in der Medizintechnik etabliert sich der 3D-Druck mit Kunststoff oder Metall als echte Produktionstechnik, selbst wenn sich Additive Manufacturing noch nicht für die große Serie eignet. Denn ganz so „rapid“, wie der Name suggeriert, sind die aktuellen 3D-Maschinen nicht. Die wirtschaftliche Herstellung von Kleinserien, etwa Komponenten für Flugzeuge oder Luxusautomobile, ist aber machbar, zumal auch die Bauräume der Drucker wachsen.

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Ein gutes Beispiel dafür ist das industrietaugliche 3D-Produktionssystem Objet 1000 Plus von Stratasys, das im April dieses Jahres vorgestellt wurde und die Fertigung größerer Teile erlaubt. Der 1000 mm ×
800 mm × 500 mm messende Bauraum werde durch die verbesserte Bewegung des Druckblocks effizienter als bei herkömmlichen Lösungen durchfahren, so der Hersteller. Verglichen mit den Vorgängermodellen habe sich die Druckgeschwindigkeit dadurch um bis zu 40 % erhöht. Der Drucker arbeitet weitgehend unbeaufsichtigt und erzeugt direkt aus den CAD-Daten Bauteile aus mehreren Materialien, die sich durch die Bewahrung feiner Details und geometrischer Komplexität in jeder Größenordnung auszeichnen.

Ein Profidrucker für den Labortisch

Eine weitere Neuheit im Bereich 3D-Druck mit Kunststoffen ist das 3D-DLP-Fertigungssystem Perfactory Micro XL von Envision-Tec, das der Distributor RS Components in sein Vertriebsprogramm aufgenommen hat. Der Profidrucker bietet hochauflösenden Druck in einem kompakten Gehäuse, das auf jedem Labor- und Bürotisch Platz findet. Dank des Bauraums von 100 mm × 75 mm × 100 mm können mit dem Envision-Tec-Drucker industrielle und kommerzielle Anwendungen bearbeitet werden, wobei der Druck mit diversen ABS-Kunststoffen erfolgen kann.

Sollen dagegen Metallteile gefertigt werden, so kommt der bereits auf der Euromold 2014 vorgestellte SLM 125 ins Spiel. Laut Hersteller Realizer ist das kompakte Gerät jetzt lieferbar. Angesichts einer Bauraumgröße von 125 mm × 125 mm × 200 mm empfiehlt sich die Maschine, die mit einem integrierten Pulveraufbereitungssystem ausgestattet ist, für das additive Fertigen kleinerer Gegenstände.

Die verarbeitbare Werkstoffpalette ist mit Kunststoff und Metall aber keineswegs erschöpft. Dem 3D-Druck von Keramikteilen hat sich Lithoz verschrieben. Mit dem Cerafab 7500, das auf der Hannover-Messe für Furore sorgte, offeriert das Wiener Unternehmen ein komplettes System zur Herstellung funktionstüchtiger Bauteile aus Hochleistungskeramik – ob als Einzelstück oder in Kleinserie. Dank des verwendeten LCM-Verfahrens (Lithography-based Ceramic Manufacturing) weisen die „gedruckten“ Komponenten die gleichen Materialeigenschaften auf wie konventionell gefertigte Keramikbauteile.

Werkstoff Glas wird druckreif

Neuerdings rückt ein Material in den Fokus der 3D-Druck-Szene, das sich bisher einer Verarbeitung im 3D-Drucker sperrte: Glas. So haben Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein G3DP genanntes Verfahren entwickelt, das den 3D-Druck von durchsichtigem Glas ermöglicht. Der eigens dafür entwickelte 3D-Drucker hält dank einer speziellen Keramikdüse Temperaturen von knapp über 1000 °C stand. Für eine Studie, die in diesen Tagen in „3D Printing and Additive Manufacturing“ erscheint, haben die Forscher mit Kalk-Natron-Glas gearbeitet. Dieses Glas kann ihr Gerät, ähnlich wie andere additive Druckverfahren mit anderen Materialien, langsam zur gewünschten Form auftragen.

Der Druck mit G3DP bleibt nicht auf einfache Formen beschränkt. Das zähflüssige Material kann auch zu recht komplexen Strukturen verarbeitet werden, was regelrecht künstlerisch anmutende Glasdesigns erlaubt. Zudem konnten die Forscher nachweisen, dass auch der Druck mit gefärbtem Glas möglich ist, was zusätzliche Gestaltungsoptionen bietet. MM

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