Additive Fertigung Insights
10/09/20

Additive Fertigung: Schicht für Schicht zum Ziel

Autor: Christoph Kokew

Die additive Fertigung, oftmals auch als 3D-Druck bezeichnet, hat sich zum Technologietreiber für die zukünftige Produktion entwickelt. Was genau dahinter steckt, welche Verfahren schon heute zum Einsatz kommen und welche neue Möglichkeiten die Zukunft verspricht, lesen Sie hier.

Additive Fertigung: Was ist das überhaupt?

Additive Fertigung bezeichnet allgemein ein Verfahren zur Erstellung von dreidimensionalen Objekten. Neben der Subtraktiven Fertigung (Fräsen oder Drehen) und der Formativen Fertigung (Gießen oder Schmieden) bildet die Additive Fertigung somit die dritte Säule in der Fertigungstechnologie.

Ausgangspunkt ist ein digitales CAD-Modell, welches von einer Software in eine Vielzahl von digitalen Schichten „geschnitten“ wird. Ausgehend von diesem digitalen Schichtmodell baut die Additive Fertigung das gewünschte Bauteil Schicht für Schicht (Schichtbautechnologie/layer-based technology) aus Pulverwerkstoffen auf.

Additive Fertigungsmethoden: Schon heute vielfältig

Die Additive Fertigung mit Kunststoffen, Metallen und Keramik wird heute schon auf vielen unterschiedlichen Produktionsfeldern eingesetzt, etwa für den Modell- und Prototypenbau oder in der schnellen (Kleinserien-)Fertigung von Bauteilkomponenten. Die Anzahl der Verfahren variiert und steigt kontinuierlich, je nach verwendeten Maschinen, Materialien und Anforderungen. Die gängigsten sind:

Fused Depostition Modeling (FDM) / Material-Extrusion: Ein hauptsächlich in der schnellen Herstellung von Prototypen (Rapid Prototyping) zum Einsatz kommendes Verfahren. Dabei wird Kunststoffmaterial per Extrusion aus einer beheizten Düse schichtweise zu einem 3D-Modell aufgebaut.

Selektives Lasersintern (SLS): Beim selektiven Lasersintern werden pulverförmige Kunststoffe oder Metalle durch fokussierte Laserstrahlen verschmolzen und fortlaufend eine weitere Schicht Pulver aufgebracht.

Binder Jetting (BJ): Im Vergleich zum Lasersintern wird beim Binder Jetting ein pulverförmiges Ausgangsmaterial gehärtet und mit einem Druckerkopf verklebt.

Stereolithografie: Bei der Stereolithografie wird ein flüssiger Kunststoff in einer Wanne schichtweise mit Hilfe von UV-Licht fokussiert ausgehärtet.

Directed Energy Deposition / Laserauftragsschweißen (LMD): Das Verfahren bezeichnet die Extrusion von laseraufgeschmolzenem Material – meist Metallpulver – aus einer mehrachsig gesteuerten Düse auf die Bauteiloberfläche.

Elektronenstrahlschmelzen (EBM): Ein ebenfalls pulverbasierter Prozess im Bereich Additive Fertigung ist das Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting, EBM). Im Vergleich zum Laserauftragsschweissen kommt hier aber ein Elektronenstrahl zum Einsatz.

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Additive Fertigung: Neue Produktions- und Produktwelten schaffen

Wird die Additive Fertigung die traditionelle Konstruktion und die massenserielle Fertigungstechnik in Zukunft ablösen? Kurz- bis mittelfristig sieht es danach noch nicht aus. Egal welches Verfahren man genauer betrachtet: Additiv gefertigt wird momentan hauptsächlich bei der Realisierung komplexer Bauteilstrukturen, insbesondere im Kleinserien- oder Prototypenbau. Aber das Potential scheint gewaltig, etwa durch fortlaufende Weiterentwicklungen in der Materialkunde.

In Kombination mit dem 3D-Druck werden sich damit kontinuierlich weitreichende neue Möglichkeiten ergeben. Branchenübergreifend können additiv hergestellte Bauteile eine Fertigung kleiner Losgrößen wirtschaftlich darstellen. Für den Anwender bedeutet dies: Die Produktion wird weiter flexibilisiert und die Produkte noch stärker individualisiert. Zusätzliche Triebfeder sind die Entwicklungen auf dem Feld der Künstlichen Intelligenz/KI und des Generative Design. Hier kann das Zusammenspiel mit Additiven Fertigungstechnologien entscheidend dazu beitragen, völlig neue Produktions- und Produktwelten zu schaffen.

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

 

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