Ressourceneffizienz durch additive Fertigung

Ressourceneffizienz durch Additive Fertigung

Die Anforderungen der Kunden an die Produzenten im BtB-Gesch?ft steigen durch den Wunsch nach immer neuen Anwendungen und Produktentwicklungen t?glich. Aktuell ist dabei ein starker Trend zur Miniaturisierung festzustellen, und zwar nicht nur in der Elektro- und Elektronikindustrie, sondern auch in der traditionellen Mechanik, beispielsweise in der Medizin- und Dentaltechnik und in der Automobilindustrie. Ben?tigt werden komplexe und individuelle Mikroformteile, unter anderem auch f?r die Anwendung in Sensoren, Mikropumpen und mechanischen ?bertragungselementen. Und das zudem oft in Kleinserienfertigung.  

F?r solche Aufgaben bietet sich eine sogenannte Additive Fertigung (im englischen Additive Manufacturing, abgek?rzt AM) an. Wie funktioniert nun dieser durchaus schon professionelle Herstellungsprozess?

Zu Beginn wird eine erste Schicht des formlosen oder formneutralen Materials auf die grundlegende Bauplattform aufgelegt. Durch einen physikalischen oder chemischen Prozess wird das Material genau auf die Stellen aufgebracht und fixiert, die die digitalisierten Konstruktionsdaten vorgeben. Im n?chsten Schritt wird die Fertigungsplattform abgesenkt und es erfolgt ein weiterer Durchgang. So entsteht Schicht f?r Schicht das gew?nschte Bauteil.

In Abh?ngigkeit vom verwendeten Werkstoff und der verfolgten Zielstellung stehen mittlerweile eine Vielzahl an unterschiedlichen Verfahren zur Verf?gung, zum Beispiel die Stereolithografie, das Laser-Sintern, das Laser-Schmelzen oder der 3D-Siebdruck. Damit ist klar, dass die Additive Fertigung keine neue Erfindung ist. Das Additive Verfahren des Laser-Sinterns existiert beispielsweise schon seit mehr als 20 Jahren. So findet die Additive Fertigung auch schon seit Jahrzehnten Anwendung im Rapid Prototyping ? also dem Bau von Anschauungs- und Funktionsprototypen in der Produktentwicklung. Denn dadurch lassen sich Innovationsprozesse entscheidend verk?rzen.

Neu sind aber die Vielfalt der Anwendungsm?glichkeiten und die Professionalisierung. Aus Rapid Prototyping wird dadurch Rapid Manufacturing, das hei?t der alltagstaugliche Einsatz in der Fabrik und damit in der Serienfertigung. Diese Produktionsmethode er?ffnet so nicht nur gro?en OEM-Herstellern, sondern auch Zulieferern aus unterschiedlichsten Industriezweigen die M?glichkeit, sich am Markt zu differenzieren ? im Hinblick auf neue Kundennutzen, Kostenreduktionspotenziale oder zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen.

Worin bestehen nun die Vorteile und woraus resultiert die Materialersparnis?

Zum einen wird das ben?tigte Werkst?ck nicht aus einem festen Block herausgefr?st. Sondern durch den Aufbau von Schicht zu Schicht wird nur das Material eingesetzt, was am Ende im Werkst?ck enthalten ist. Zumindest wenn es gelingt, zu viel aufgetragenes Material wieder zu verwenden. Zum anderen werden keine speziellen Werkzeuge ben?tigt, die die jeweilige Geometrie des Werkst?cks gespeichert haben, wie beispielsweise Gussformen. Additive Fertigung erm?glicht damit die Realisierung von Konstruktionen und Designs, die bislang undenkbar waren. Man spricht auch von einem ?design-driven manufacturing process?, bei dem die Konstruktion die Fertigung bestimmt ? und nicht umgekehrt. Dar?ber hinaus gestattet die Additive Fertigung nicht nur h?chst komplexe Strukturen, sondern gleichzeitig auch extrem leichte undstabile. Sie gew?hrt also ein hohes Ma? an Designfreiheit, Funktionsoptimierung und -integration, die Herstellung kleiner Losgr??en zu angemessenen St?ckkosten und eine starke Individualisierung von Produkten, und das eben auch in der Serienfertigung. Ein weiterer Vorteil ist die dezentrale Fertigung gleicher Bauteile auf Knopfdruck sozusagen.

Geschickte Kombinationen erlauben zudem, funktionelle Schichten in die Werkst?cke zu integrieren, wie beispielsweise Sensoren oder Speicherelemente, die im Zeitalter des Internets der Dinge immer relevanter werden. Problematisch waren und sind zum Teil die geringen Aufbaugeschwindigkeiten, die nur eine geringe St?ckzahl pro Zeiteinheit zulassen. Durch h?here Leistungen der Verfahren wie beispielsweise die Lasertechnik steigt die Geschwindigkeit aber rapide an, und zwar ohne Einfluss auf zum Teil schon sehr geringe Fehlerraten. Dadurch steigen die Losgr??en, die wirtschaftlich gefertigt werden k?nnen. Die additive Fertigung entwickelt sich damit immer mehr zu einer breit einsetzbaren Produktionsvariante.