Additive Fertigung: Aktuelle Einblicke und Trends. Insights
18/05/21

Additive Fertigung: Einblicke und Trends

Autor: Christoph Kokew

Die weitere Entwicklung der additiven Fertigung verspricht Fortschritte in Werkstoff- und Verfahrensweisen. Wir stellen drei spannenden Themenfelder vor. Erfahren Sie mehr über die Bedeutung der Simulation, sich anpassende Fertigungsroboter und neueste Fortschritte beim 3D-Drucken von Hartmetallen.

Additive Fertigung: Kurz erklärt

Mit der additiven Fertigung werden physische, also dreidimensionale Objekte, im 3D-Druck-Verfahren erstellt. Dies geschieht durch schichtweises Auftragen von Material, ausgehend von einem digitalen CAD Modell. Dieses „Zufügen“ von Materialschichten steht im Gegensatz zu den traditionellen Verfahren, etwa der subtraktiven oder auch zerspanenden Fertigung. Hier entsteht das Produkt durch schichtweises „Abtragen“ von Material.

Additiv gefertigt wird heute schon auf vielen unterschiedlichen Produktionsfeldern. Weitere Fortschritte im Werkstoff- und Verfahrenswesen versprechen wachsende Einsatzfelder. Wir stellen drei vor.

Simulation von Gestaltungs- und Fertigungsprozessen additiv hergestellter Produkte

In der traditionellen Fertigung ist die Simulation von Gestaltungs- und Fertigungsprozessen schon jahrzehntelang etabliert. Heute rückt sie bei additiv hergestellten Metallprodukten stärker in den Fokus der Unternehmen. Der Grund: Bauteile aus Metall additiv herzustellen ist noch kostenintensiv. So sind die Ausgangsmaterialien, beispielsweise Metall- oder Aluminiumpulver, teuer. Dazu kommt, dass Fehldrucke bei den ohnehin schon teuren Maschinenlaufzeiten wertvolle Projektzeit kosten.

Der Einsatz von speziellen Simulationsfunktionen für die additive Fertigung – so enthalten in der 3D Drucksoftware Netfabb –­ schafft hier Abhilfe. Quasi auf „Knopfdruck“ simuliert der Anwender Sinterverfahren für Metalle oder auch mögliche CNC-Nachbearbeitungen. Kritische Stellen des geplanten Bauteils schließt er damit frühzeitig aus. Am Ende des Projekts überzeugen dann die deutlich reduzierten Entwicklungs- und Produktionskosten.

 

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Roboter und industrieller 3D-Druck

Für den industriellen 3D-Druck braucht es Roboter. Je nach verwendeten Verfahren, Materialien und Anforderungen sind dafür inzwischen spezielle Roboterlösungen oder komplette Fertigungsanlagen im Einsatz. Deren Funktionserweiterungen stehen traditionell im Mittelpunkt der an der Entwicklung beteiligten Unternehmen.

Wie stark die additive Fertigung sich inzwischen weiterentwickelt hat, zeigt ein weiterer Blick auf die Branche. Additive Fertigungsmethoden zeichnen sich zusätzlich durch höchste Designfreiheit und Funktionsvielfalt aus. Ergänzt um die generative Konstruktionsmethode können Anwender komplexe Strukturen leicht und stabil abbilden. Was liegt also ferner, diese Vorteile auch bei der Entwicklung von Roboter zu nutzen?

So entwickelte das italienische Institut IIT einen speziellen Roboter, der sich mithilfe des traditionellen 3D-Drucks selbst aufbaut – Schicht für Schicht mit Kunststoffmaterial per Extrusion. Durch Veränderung der Schichtdicke passt er sich sogar seiner Umgebung an.

 

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3D-Druck: Hartmetalle additiv verarbeiten

Einer der wichtigsten Trends  sieht die Branche in der Verarbeitung von Hartmetallen in der additiven Fertigung. Hartmetalle bestehen aus den Metallbindern Nickel oder Cobalt und dem Hartstoff Wolframcarbid. Diese Ausgangsmaterialien sind teuer, deren Verarbeitung ist komplex und eine Auswahl an Bearbeitungswerkzeugen aufgrund der Materialbeschaffenheit reglementiert

Additive Verfahren helfen dabei, härtere Werkzeuge kostengünstig und individuell aus dem 3D-Drucker zu schaffen. So setzen namhafte Institute den 3D-Pulverdruck (Binder Jetting) und den thermoplastischen 3D-Druck bereits erfolgreich mit ausgewählten Hartmetallen ein. Allerdings ist bei diesen Verfahren die Größe des Bauteils limitiert.

Das additive Fertigungsverfahren Fused Filament Fabrication (FFF) eröffnet hier neue Perspektiven. Dabei werden die Bauteile aus einem flexiblen, schmelzfähigen Filament aus hartmetallischen Pulvern aufgebaut. Die Vorteile: relativ kostengünstige Herstellung, hohe Formstabilität und schnelle Lieferzeiten. 

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Anmerkung der Redaktion: Die im Artikel verwendeten Abbildungen sind ausnahmslos von Autodesk.

 

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