3D-Druck: Mit der Digitalisierung kommt die Serienproduktion

Die Digitalisierung in deutschen Fertigungsunternehmen ist auf einem guten Weg. Laut einer Studie von Protolabs gehen 74 Prozent der führenden Entscheidungsträger in deutschen Fertigungsunternehmen von einer erheblichen bis starken Ausweitung ihrer eingesetzten automatisierten Prozesse in den kommenden fünf Jahren aus. Und 65 Prozent der Befragten haben das Gefühl, dass deutsche Fertigungsunternehmen gut vorbereitet für Industrie 4.0 und die Zunahme von digitalen Prozessen sind. Zu diesen digitalen Prozessen gehört auch die additive Fertigung, die in den letzten Jahren einen regelrechten Boom erlebt hat. 3D-Druck-Unternehmen wie Protolabs sind Vorreiter im Bereich der digitalen Produktion – der Bedarf an digitalen Daten und die anschließende digitale Weiterverarbeitung der CAD-Dateien legen dafür den Grundstein. Der Prozess, der einer Serienfertigung mit additiven Verfahren zugrunde liegt, ist das Prototyping. Ohne die Produktion von ersten physischen Prototypen können viele neue Produkte nicht wirtschaftlich effizient zur Serienreife gebracht werden. Dabei muss der Hersteller vorab zahlreiche Tests zum tatsächlichen Nutzen, zu den benötigten Materialien, zur korrekten Passform von Kleinteilen im Produkt und zu verschiedenen Eigenschaften durchführen. Damit kann er genaue Vorhersagen zu einer zukünftigen Massenproduktion treffen. Besonders komplexe Produkte wie Autoteile oder medizinische Geräte wären ohne die Produktion von Prototypen nicht denkbar. Im Bereich des Prototyping ist die additive Fertigung eine der wichtigsten Entwicklungen der letzten Jahrzehnte. Aus einem reinen Nischenthema, dem früher kaum jemand Beachtung schenkte, wurde ein Begriff, den heutzutage fast jeder schon einmal unter der Bezeichnung 3D-Druck gehört hat.

Additive Fertigungsverfahren nehmen im Zusammenhang mit Industrie 4.0 und einer durch Individualisierung geprägten Produktion eine Schlüsselrolle ein. Die additive Fertigung bietet zahlreiche Vorteile und macht die Herstellung komplexer Geometrien und Strukturen auch in Serie möglich, die mit konventionellen Fertigungsverfahren wie Fräsen, Gießen, Drehen und Schmieden nicht umsetzbar sind. Durch das Auftragen einzelner Schichten ist das Verfahren sehr flexibel und so sind dem 3D-Druck kaum Grenzen gesetzt. Während bei anderen Verfahren wie dem Spritzguss oder der CNC-Fertigung die Fertigungsart die Grenzen des Machbaren aufzeigt, sind die Möglichkeiten bei der additiven Fertigung vielseitiger: Es gibt eine Vielzahl an unterschiedlichen Materialien. Und auch komplexe, feingliedrige Strukturen lassen sich dadurch abbilden. Selbst die Integration von Kanälen und Löchern innerhalb der gedruckten Strukturen ist machbar. Je nach Material und gewähltem Druckverfahren ist das Drucken kompletter Baugruppen an einem Stück umsetzbar, die bei anderen Fertigungsverfahren nur in Einzelteilen hergestellt werden können. Die additive Fertigung überzeugt außerdem durch eine schnelle Fertigung innerhalb von wenigen Tagen und, im Gegensatz zu anderen Produktionsverfahren, durch viel geringere Kosten. Denn während des Fertigungsprozesses entsteht durch das schichtweise Auftragen beispielsweise kaum Abfall.

Besonders das Metall-Lasersintern (DMLS) beziehungsweise der Metall-3D-Druck erfreut sich immer größerer Beliebtheit. DMLS ist das führende additive Verfahren, um Prototypen aus Metall herzustellen, und ist dabei schnell und kostengünstig. Auch erste Serienproduktionen werden damit bereits umgesetzt. Das Verfahren eignet sich für geometrisch anspruchsvolle Metallteile aus zum Beispiel Aluminium, Titan, Edelstahl und Inconel, die nicht fräsbar oder durch klassische, subtraktive Fertigungsmethoden herstellbar sind. Durch DMLS entstehen vor allem Sonderanfertigungen wie medizinische Implantate, Sonderlösungen im Maschinenbau oder sogar Ersatzteile für Flugzeuge. Auch wenn Werkzeuge oder Daten von veralteten Bauteilen nicht mehr vorhanden sind, lassen sich dadurch schnell und einfach Ersatzteile herstellen. Durch eine intelligente Konstruktion haben die Bauteile außerdem weniger Gewicht, sodass das Verfahren sehr gut für Leichtbauanwendungen geeignet ist.

Wegen der zahlreichen Vorteile ist das Herstellen von Prototypen mit der additiven Fertigung heute bereits zum Standard geworden. Vor allem DMLS bietet vielfältige Möglichkeiten zur Fertigung von Metallteilen, die mit konventionellen Verfahren nicht hergestellt werden könnten. Schon heute ist die Serienproduktion mit additiver Fertigung möglich und wird in Zukunft immer mehr zunehmen. Kleinserien werden durch diese Fertigungsmethode bereits hergestellt und auch in der Medizintechnik ist die Produktion in Serie nicht mehr wegzudenken. aru