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Additive Fertigung Im Mainstream angekommen

| Autor / Redakteur: Ralf Steck / Ute Drescher

Die additiven Fertigungstechnologien entwickeln sich zu einer vielseitigen Produktionsmethode in der Serienfertigung. Dennoch sollte man die Vor- und Nachteile kennen, um sie effizient einzusetzen.

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Durch die optimale Innenraumgestaltung spart die neue, 3D-gedruckte Einspritzdüse von GE signifikant Treibstoff.
Durch die optimale Innenraumgestaltung spart die neue, 3D-gedruckte Einspritzdüse von GE signifikant Treibstoff.
(Bild: GE)

Seit der Mensch Materialien bearbeitet, geschieht dies subtraktiv. Vom Steinzeitmenschen, der in den Höhlen der Schwäbischen Alb aus Mammutstoßzähnen berührende Kunstwerke schnitzte, bis zu den heutigen computergesteuerten Mehrachsfräs-/drehmaschinen: Immer ist das Prinzip dasselbe: Von einem Rohteil wird so lange Material weggenommen, bis die gewünschte Geometrie übrigbleibt – das kann dann ein Löwenmensch sein oder ein komplexes technisches Bauteil.

Diese Verfahren sind leidlich flexibel, da hier jedes Teil einzeln hergestellt wird. In der Praxis jedoch wird man in einer Massenfertigung so weit automatisierte Prozesse antreffen, dass individuell geformte Einzelteile wesentlich teurer sind als immer gleiche Serienteile. Ein weiterer Nachteil der subtraktiven Verfahren: Je komplexer das Bauteil, desto teurer die Fertigung, zudem geht viel Material verloren. So verwandeln sich bei der Fertigung der Flügelspanten des Airbus A380 sage und schreibe 98 % des riesigen Rohteils aus feinstem Spezialaluminium in minderwertige Späne, die nur noch eingeschränkt verwertbar sind.

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Letzte Einschränkung: Das Rohteil kann nur von außen bearbeitet werden. Zwar können moderne Fünfachsfräsmaschinen ihr Werkzeug sehr frei bewegen, trotzdem muss der Fräser zu der Stelle gelangen können, an der er abträgt – das Innere eines Werkstücks kann lediglich sehr eingeschränkt bearbeitet werden.

Komplexität ist kostenlos

Die additiven Verfahren – so unterschiedlich sie auch im Detail sein mögen – beruhen auf dem Prinzip, dass ein Material schichtweise aufgetragen wird und das Bauteil so Schicht für Schicht entsteht. Da nicht Material entfernt wird, sondern es nur an den Stellen hinzugefügt wird, wo es benötigt wird, entsteht kaum Abfall. Zudem ist es dem Drucker völlig egal, wie komplex die Form ist – ein Würfel entsteht im Prinzip genauso schnell wie ein komplexes Bauteil: „Complexity is for free“ lautet das Schlagwort dazu. Ebenso egal ist es dem Drucker, wenn jedes Teil anders geformt ist, es existiert ja keine Form, der man folgen müsste. So lassen sich individualisierte Bauteile ebenso schnell fertigen wie gleiche Teile.

Völlig neue Möglichkeiten bietet der schichtweise Aufbau bei der Innengestaltung des Bauteils. Da das Teil Schicht für Schicht entsteht, ist auch das Innere des Werkstücks – mit einigen Einschränkungen – beliebig gestaltbar. So lassen sich unter anderem mehrteilige, bewegliche Teile wie ein Kugellager in einem Arbeitsschritt fertigen.

In fast jedem Fall sind additive Fertigungsverfahren langsamer und teurer als die etablierten Technologien. Trotzdem gibt es Fälle, in denen sich der additive Ansatz in der Massenfertigung den herkömmlichen Verfahren überlegen ist. Die obige Aufzählung zeigt, wo: Immer wenn es um

  • individualisierte Teile
  • sehr komplexe Teile
  • Teile mit einem sehr hohen Zerspanungsanteil und teurem Rohmaterial oder
  • um Teile geht, bei denen eine freie Innengestaltung Vorteile bietet,

ist das additive Fertigen eine Überlegung wert.

Die Vorteile schlagen die Nachteile

Hierfür gibt es eine ganze Reihe interessanter Beispiele, sogar im Umfeld der herkömmlichen Fertigung. So lassen sich Kühlkanäle in Spritzgussformen im herkömmlichen Prozess nur durch Bohren herstellen. Man ist also beschränkt auf das Setzen gerader Bohrungen in den Block hinter der Formkavität; wenn es um die Ecke gehen soll, müssen mehrere Bohrungen so gesetzt werden, dass sie ineinander übergehen und die überflüssigen Teile der Bohrung durch Stopfen verschlossen werden. Das ist aufwändig und ergibt eine strömungstechnisch sehr ungünstige Form der Kanäle.

Fertigt man eine Gussform dagegen im 3D-Druck, kann man die Kanäle im Formblock beliebig gestalten, also beispielsweise direkt unter der Oberfläche der Kavität entlanglaufen lassen, dadurch kann die Form extrem effizient und schnell gekühlt werden, die Taktzeiten sinken dramatisch.

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Über den Autor

 Ralf Steck

Ralf Steck

Freier Fachjournalist