3D-Druck

Additiv denken und konstruieren

| Autor / Redakteur: Dr. Dirk Herzog, Jannis Kranz, Marten Canisius, Prof. Dr. Claus Emmelmann* / Dorothee Quitter

Wann sich additive Fertigungs- verfahren lohnen

Grundsätzlich sollte die additive Fertigung dann näher in Betracht gezogen werden, wenn Bauteile mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllen:

  • Das Produkt kann leichter werden, wenn die Designfreiheit ausgenutzt wird.
  • Das Produkt kann durch Funktionsintegration verbessert oder einfacher hergestellt werden.
  • Das Bauteil weist eine hohe Komplexität auf.
  • Das Bauteil ist konventionell schwierig zu verarbeiten.
  • Das Bauteil wird in geringer Stückzahl, verschiedenen Varianten oder individualisiert hergestellt.

Diese Auflistung ist nicht ausschließlich – so kann sich bspw. auch durch Reduzierung der Lead-Time die additive Fertigung von Produkten und Prototypen lohnen. Der erste Schritt zu einer wirtschaftlichen Anwendung additiver Fertigungsverfahren besteht somit in der Identifikation geeigneter Bauteile. Als Auswahlmethodik kann bspw. in einem ersten Schritt das Leichtbaupotential von Bauteilen abgeschätzt werden, in einem zweiten Schritt das Funktionspotential, gefolgt von einer groben Analyse der Herstellungskosten und –zeit. Auf dieser Basis kann die Wirtschaftlichkeit im Gesamtsystem initial bewertet werden, und aus einem Bauteilspektrum geeignete Kandidaten für die additive Fertigung identifiziert werden.

In der Regel ist es nicht zielführend, die so identifizierten Bauteile mit ihrem bestehenden, für die konventionelle Fertigung optimierten Bauteildesign ohne Änderung für die additive Fertigung zu übernehmen. Eine Ausnahme bildet hier die Fertigung von kleinsten Losgrößen oder die Ersatzteilfertigung. In den meisten Fällen ist dagegen eine Neugestaltung vorzunehmen, um das Potential der additiven Fertigung auszuschöpfen (und um Restriktionen der additiven Fertigung zu berücksichtigen) – z. B. in dem durch eine Topologieoptimierung das Bauteilgewicht reduziert wird. Damit wird gleichzeitig auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht, da der Aufbau großvolumiger Teile eine längere Bauzeit beansprucht und somit auch höhere Kosten verursacht. Eine steigende Komplexität des Bauteils durch Freiformflächen, Hinterschnitte, innenliegende Strukturen und Kanäle oder Leichtbauelemente wie Gitterstrukturen führt dagegen zu praktisch keinen Mehrkosten („complexity for free“).

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