3D-Druck – was ist das?

Beim 3D-Druck handelt es sich um ein additives oder generatives Fertigungsverfahren, welches zunehmend viel mehr bedeutet, als einer zu bestehenden Fertigungsverfahren komplementären Technologie. Der 3D-Druck ist auch unter dem Namen Rapid Prototyping bekannt. Der Ursprung des Verfahrens liegt im Prototypen- oder Musterbau. Als Basis dienten in der Vergangenheit Muster, welche dazu dienten, die Erstellung des Werkzeugs für den späteren Spritzguss zu optimieren. Doch mittlerweile sind die durch diese Technologie erzeugten Werkstücke so qualitativ hochwertig, dass sie als Endprodukt verwendet werden können.

Einsatzbereiche des 3D-Drucks

Mit diesem Fertigungsverfahren lassen sich selbst komplexe Geometrien problemlos darstellen, wie zum Beispiel Hinterschnitte, Freiformflächen und innen liegende Hohlräume.
Die Technologie hat sich in den letzten Jahren in der Industrie einen festen Platz gesichert. Zunehmend kommt die Technologie auch beim Endverbraucher an. Jedoch stellt sich die industrielle Produktion vor eine ganze Reihe an Herausforderungen, denn es gibt noch ungeklärte Fragen in dieser Hinsicht, wie zum Beispiel die Produkthaftung oder das Urheberrecht.

Die technologischen Verfahren

Bei den generativen Technologien werden die Materialien schichtweise hinzugefügt, während bei den subtraktiven Fertigungsverfahren das Material schichtweise abgetragen wird. Dies ist beispielsweise der Fall bei Bohren, Fräsen oder Drehen. Es werden grundsätzlich zwei Druckverfahren unterschieden, die Schmelzschichtung (FDM) und das pulverbasierte Laserschmelzen (SLM).

Bei der Schmelzschichtung, dem sog. Fused Deposition Modeling, wird der Kunststoff mit Hilfe einer beheizten Düse geschmolzen und schichtweise geometrisch exakt aufgetragen. Bei dem pulverbasierten Laserschmelzen, oder dem sog. Selectiv Laser Melting wird ein Pulver dünn auf einer Arbeitsfläche aufgetragen.

Dieses wird dann punktgenau mit einem starken Laser zum Schmelzen gebracht. Im Anschluss darauf wird das Bauteil abgesenkt sowie eine weitere dünne Schicht Pulver aufgetragen. Auf diese Weise entsteht innerhalb von wenigen Stunden ein neues Werkstück. Der größte Vorteil des Laserverfahrens liegt in der Tatsache, dass auf diese Weise neben Kunststoffen auch Metalle verarbeitet werden können.

Werkzeug- und Formenbau in der heutigen Zeit

Für die Produktion eines Kunststoffteils ist ein Spritzgußwerkzeug nötig, in welches der flüssige Kunststoff eingespritzt wird. Das fertige Kunststoffteil fällt nach einem kurzen Erkalten aus dieser Form heraus. Da dieser Vorgang beliebig oft wiederholt werden kann, ist die Fertigung von hunderttausend Kunststoffteilen hierdurch möglich.

Jedoch ist die Erstellung der Spritzgußform selbst sehr zeit- und kostenintensiv. Denn hierzu wird zunächst das Modell im CAD-Bereich erzeugt und anschließend wird das NC-Programm in der CAM-Abteilung erstellt. Die Elektroden werden dann in der Fertigung gefräst und das Werkzeug erodiert.

Dieser Prozess erweist sich besonders dann aufwendig, wenn man schnell einen ersten Protypen oder eine Kleinserie produzieren will. In diesem Fall kann der 3D-Druck eine sinnvolle Ergänzung darstellen.

Herausforderung Automatisierung

Zwar werden im Rahmen eines Industrieunternehmens die Abläufe oft durch Roboter automatisiert, doch bei den generativen Technologien ist beim aktuellen Stand der Technik weiterhin manuelle Arbeit notwendig. Dies liegt daran, dass die additive Fertigung in der Vergangenheit nicht den Schwerpunkt auf Automatisierung hatte, sondern auf der schnellen und flexiblen Erstellung des Prototypen. Daher werden im Bereich des 3D-Drucks die Themen Automatisierung und Prozessintegration erst dann auf die Reihe kommen, wenn die additiv zu produzierenden Bauteile mit anderen Fertigungstechnologien kombiniert werden.

Ausblick Industrie 4.0

Die additiven Technologien werden mit Blick auf Industrie 4.0 immer interessanter, da die Themen Individualisierung und Flexibilität immer mehr in den Mittelpunkt rücken.

In einer Zeit, in der die Produkte selbst immer komplexer werden, die Varianten der jeweiligen Produkte steigen, die Produktzyklen immer weiter verkürzt werden und der Endverbraucher die Produkte immer stärker individualisieren will, werden die additiven Technologien immer bedeutender.

Gerne kannst du hier dein Wissen über den 3-Druck testen.