Nur die Fantasie begrenzt die Möglichkeiten, oder?

Ich druck‘ mir die Welt, wie es mir gefällt (Teil 2)

METAV im Februar, Hannover Messe im April, Rapid.Tech im Juni: Überall und ständig sind eindrucksvolle Beispiele dafür zu sehen, was mit additiven Fertigungsverfahren (auch 3-D-Druck genannt) realisiert werden kann. Vor allem sind komplexe Geometrien damit offensichtlich kein Thema mehr. Sind also noch zwei, drei technische Probleme zu lösen, und dann beginnt das Zeitalter der unbegrenzten (Fertigungs-) Möglichkeiten?

Bild: Stefano Tinti / Shutterstock.comIch druck‘ mir die Welt, wie es mir gefällt (Teil 2)_702x363px-OH

Wahrscheinlich ahnen Sie schon, dass die Antwort kein „Ja“ ohne „wenn“ und „aber“ ist.

Konstruktionsempfehlungen
Was ist das erste selbst konstruierte Bauteil, das der frisch erworbene 3-D-Drucker drucken soll? Eine Kaffeetasse? Ein Hohlzylinder mit einem Halbkreis als Henkel dran und einer Bodenplatte ist schnell konstruiert. Wie sieht das Ergebnis aus? Wahrscheinlich hängt der Henkel in den waagerechten Bereichen durch. Richtig? Was ist die Erklärung? War der Drucker dann doch zu billig, oder taugen die additiven Fertigungsverfahren generell nicht? Die Antwort wird dem Konstrukteur nicht gefallen: Das Bauteil war falsch, weil nicht fertigungsgerecht konstruiert. Die additiven Fertigungsverfahren eröffnen neue Möglichkeiten, und lassen Konstruktionen zu, die mit anderen Fertigungsverfahren praktisch nicht realisierbar sind. Aber es gibt auch Geometrien, die damit nicht oder nur mit „Tricks“ (konkret mit Stützkonstruktionen) realisierbar sind. Und so etwas „profanes“ wie ein waagerechter Balken ohne Untergrund gehört bei den Heimdruckern Prinzip bedingt dazu! Für die im industriellen Umfeld verbreiteten additiven Fertigungsverfahren Laser-Strahlschmelzen und Laser-Sintern gibt es schon detaillierte Konstruktionsempfehlungen (VDI 3405 Blatt 3, www.vdi.de/3405). Konstruktionsempfehlungen für weitere additive Fertigungsverfahren werden folgen. Bis dahin lautet die Devise: Immer dran denken, dass der viskose Kunststofffaden beim Bauprozess zu Hause mit irgendetwas darunter verschmelzen muss, sonst hängt er durch.

Bild: VDIBauteilqualität

Schema zur Bauteilqualität

Was geht in 3-D?
Nachdem wir damit angefangen haben, was mit dem 3-D-Heimdrucker überraschend schlecht funktioniert, kommen wir zu dem, was geht. Und wenn nicht mit dem Heimdrucker, dann doch mit professionellen Anlagen. Schauen Sie sich die Objekte auf Messen, in Zeitschriften und auch in unserer Management Summary unserer „Handlungsfelder Additive Fertigungsverfahren“ (www.vdi.de/HandlungsfelderAM) an. Quer über alle Branchen zeichnet sich ein „roter Faden“ bei den Bauteilen ab: Sie weisen komplexe Geometrien auf. Konkret sind es meist

  • Leichtbaustrukturen,
  • 3-D-Modelle von biologischen Vorlagen, die mittels 3-D-Scan oder Tomografie aufgenommen wurden,
  • bionisch optimierte Bauteile,
  • Objekte, die wie Turbinenräder Hinterschnitte aufweisen, oder
  •  Bauteile, die in ihrem Inneren Hohlräume oder Fluidkanäle beinhalten.

Wofür werden die additiv gefertigten Bauteile eingesetzt?
Zugegeben, es gibt vereinzelt Gegenbeispiele, aber auch bei den Einsatzgebieten gibt es derzeit einen klaren Schwerpunkt. Die additiv gefertigten Bauteile werden für Einzelteile und Kleinserien eingesetzt. Und diese werden oft gebraucht:

  • Kundenspezifische Einzelteile sind beispielsweise in der Prothetik besonders nützlich.
  • spezielle Werkzeuge und maßgeschneiderte Fertigungshilfsmittel erhöhen die Produktivität in der Serienproduktion. Sie selbst sind meist Einzelstücke.
  • Gute Prototypen beschleunigen die Produktentwicklung, indem sie ermöglichen, Unzulänglichkeiten frühzeitig zu erkennen.

Handlungsfelder Additive Fertigungsverfahren
Die additiven Fertigungsverfahren werden professionell hauptsächlich für geometrisch komplexe Bauteile, meist in kleineren Stückzahlen, eingesetzt. Warum ist das so? Für den eiligen Leser eine Zusammenfassung in einem Satz: Andere Fertigungsverfahren sind für viele Bauteile schneller und günstiger. Für diejenigen, die eine etwas differenziertere Antwort wünschen, haben wir noch eine „Management Summary“ (auch auf www.vdi.de/HandlungsfelderAM) im Angebot. Hier beantworten wir die Frage „Wofür kann ich die additiven Fertigungsverfahren in meinem Betrieb nutzen“ auf zwei Seiten und ergänzen auf zwei weiteren Seiten, was alles noch zu tun ist, damit diese Verfahren für mehr Aufgaben die optimale Lösung sind. Demnächst werden auf dieser Website auch noch die umfangreichen „Handlungsfelder Additive Fertigungsverfahren“ online gestellt, die noch mehr Praxisbeispiele für die Nutzung der 3-D-Fertigungsverfahren geben und die die einzelnen Handlungsfelder ausführlicher beleuchten werden.

Additive Fertigungsverfahren und Recht
Teil 1 dieses Blogbeitrags haben wir vorige Woche online gestellt. Da ging es um die Sicherheit beim Gebrauch selbst gedruckter Bauteile und um rechtliche Fragen.

Erik MarquardtAutor: Dr. Erik Marquardt
Aufgabe im VDI: Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, Fachbereich Optische Technologien

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