3D-Drucktechnologie: Wirtschaftlich bis über 100.000 Teile

Fokussierte sich der 3D-Druck bis vor ein, zwei Jahren noch auf den reinen Prototypenbau, ermöglichen technische Weiterentwicklungen heute den Einsatz additiver Fertigung in Produktionsumgebungen. Die des 3D-Drucks" target="_blank">industrielle Anwendung des 3D-Drucks ist auf dem Vormarsch; die grundlegende Veränderung von Produktionsprozessen hat begonnen. Breitere Anwendungsfelder und die Entwicklung neuer Werkstoffe begünstigen diese rasante Entwicklung. Einer Analyse von PwC Strategy&, dem Strategieberatungsteam des Unternehmensberatungs- und Wirtschaftsprüfungsunternehmens PricewaterhouseCoopers, zufolge arbeiten derzeit bereits 18 Prozent aller Unternehmen in Deutschland mit 3D-Druckern. In den nächsten fünf Jahren wird ein Anstieg auf ein Drittel der produzierenden Unternehmen erwartet.

Zukunftsweisend zeigt sich der Hardwarehersteller Hewlett Packard mit seiner kürzlich angekündigten HP-Jet-Fusion-300/500-3D-Drucklösung. Anwendern können damit erstmals technische Funktionsteile nicht nur in Schwarz und Weiß, sondern auch in verschiedenen Farben schnell und effizient unter Nutzung eines Thermoplasts drucken. Mit der neuen Serie gelang es dem Unternehmen, eine kostengünstige Lösung zu entwickeln, die auch kleineren bis mittelgroßen Produktentwicklungsteams, Design-Unternehmen, Start-ups und Forschungsinstituten den Zugang zur produktionsreifen 3D-Drucktechnologie ermöglicht.

Während der Einsatz von 3D-Druckern zu Beginn auf die Prototypenherstellung und die Fertigung von Einzelteilen oder Kleinserien begrenzt war, sind mit einer industriellen HP-3D-Drucklösung je nach Größe und Geometrie der Teile heute bereits Produktionen von über 100.000 Teilen wirtschaftlich. Die steigende Beliebtheit additiver Fertigungsverfahren hängt dabei mit den fortschreitenden technischen Möglichkeiten des 3D-Drucks zusammen, die völlig neue Chancen für Unternehmen eröffnen.

Die Vorteile additiver Fertigung beginnen dort, wo konventionelle Herstellungsverfahren an ihre Grenzen stoßen: 3D-Druckmethoden stärken die Innovationskraft der Unternehmen, da sie ein bisher ungeahntes Maß an Produktionsfreiheit und Kreativität freisetzen. Gleichzeitig ermöglichen sie die Herstellung von höchst komplexen Teilen, die mit konventionellen Produktionsverfahren gar nicht oder nur mit großem Aufwand umsetzbar wären. Zudem kann die Produktentwicklung bis hin zur Markteinführung durch den 3D-Druck entscheidend verkürzt werden – ein klares Differenzierungsmerkmal gegenüber dem Wettbewerb und ein unverzichtbarer Wachstumstreiber, insbesondere für mittelständische Unternehmen.

Ihr volles wirtschaftliches Potenzial werden 3D-Druckverfahren gar erst in den kommenden Jahren entfalten. Laut einer Studie des Beratungsunternehmens PWC Strategy& wird der Markt für 3D-gedruckte Produkte bis 2030 pro Jahr durchschnittlich zwischen 13 und 23 Prozent auf ein Marktvolumen von 22,4 Milliarden Euro anwachsen – eine beachtliche Entwicklung für eine Technologie, die sich noch in der Massenproduktion etablieren muss. In den Bereichen Luft- und Raumfahrttechnik werden beim Einsatz von 3D-Druckern Wachstumsraten von 24 Prozent erwartet.

Durch additive Fertigungsverfahren wird die Produktion von leichten, aber ebenso belastungsfähigen Einzelteilen grundlegend erleichtert. Ähnlich das prognostizierte Wachstum in der Medizin- und Zahntechnik, wo 3D-Druck die individuelle Herstellung von Prothesen, Hörgeräten und Implantaten ermöglicht. Auch die Automobilindustrie wird künftig verstärkt auf 3D-Druckverfahren setzen, wenn es darum geht, leichte aber dennoch stabile Einzelteile für Karosserien, Motor- oder Bremsvorrichtungen zu produzieren.

Mit seiner Multi-Jet-Fusion-Technologie hat HP die Entwicklung im Bereich der additiven Fertigung mitgeprägt. Die 3D-Drucklösungen des Unternehmens basieren auf Pulver, wodurch eine schnelle und qualitativ hochwertige Produktion von Bauteilen ermöglicht wird. Bei dieser Fertigungstechnik werden Kunststoffkörner so miteinander verbunden, dass eine hohe Festigkeit der Teile entsteht. Zum Einsatz kommt dabei ein eigens entwickelter Druckkopf der PageWide-Technologie. Mittels Infrarot-Energiequelle wird zunächst ein Pulverbett gleichmäßig erhitzt. Der Druckkopf druckt anschließend eine wärmeleitende Flüssigkeit auf das Pulverbett und verschmilzt benötigte Pulverpartikel. Gleichzeitig werden wärmehemmende Flüssigkeiten zugefügt, die präzise Konturen und scharfe Kanten formen. Mit diesem Prozess wird Schicht um Schicht das Bauteil aufgebaut. Überschüssiges Pulver kann schließlich entfernt und wiederverwendet werden.

Kamen die ersten HP-Jet-Fusion-3D-Drucklösungen noch vorwiegend in der Kleinserienproduktion zum Einsatz, ebnete das Unternehmen mit der Jet-Fusion-3D-4210-Drucklösung den Weg zur Massenproduktion. Die Technologie verringert die Gesamtbetriebskosten erheblich und erlaubt gleichzeitig erhöhte Produktionsvolumina. Die Rentabilitätsschwelle steigt auf bis zu 110.000 Teile, wobei die Stückkosten pro gedrucktem Teil um bis zu 65 Prozent geringer ausfallen als bei anderen 3D-Druckmethoden. Zudem ermöglicht die konstante Entwicklung vielfältiger Materialien kontinuierlich neue Formen großvolumiger und individueller Anwendungen in der additiven Fertigung. Im eigenen Open-Materials-und-Applications-Labor arbeitet das Unternehmen an neuen Materialien, um breitere Einsatzmöglichkeiten der Multi-Jet-Fusion-Technologie zu eröffnen. So haben die Experten die drei neuen, vielseitig einsetzbaren Materialien namens HP 3D High Reusability PA11, HP 3D High Reusability PA12 Glaskugelgefüllt und HP 3D High Reusability Polypropylen entwickelt. Sie zeichnen sich durch Stoßfestigkeit, Formstabilität und Flexibilität aus. Weitere Entwicklungen im Bereich 3D-Metalldruck sind in Aussicht.

Man könnte auch festhalten: Mit der Multi-Jet-Fusion-Technologie hat Hewlett Packard die Tür zum Einsatz von 3D-Druckverfahren in der industriellen Produktion aufgestoßen. Die Zahl der Kunden, die diese Technologie einsetzen, wächst kontinuierlich. aru