Güngör Kara

IPL-Magazin 38 | Januar 2017 | Autor: Güngör Kara, Director Global Application & Consulting, EOS GmbH, Electro Optical Systems Krailling

Additive Fertigung ermöglicht die schnelle, flexible und kostengünstige Herstellung von Produkten direkt aus 3D-CAD-Daten

Unter dem Begriff additive Fertigung (AM) lassen sich unterschiedlichste Fertigungsverfahren zusammenfassen. Ihnen allen ist gemein, dass damit ein Bauteil additiv aufgebaut wird. Im Gegensatz dazu wird in der konventionellen Fertigung Material abgetragen - indem ein Bauteil etwa aus einem festen Block eines Werkstoffes herausgefräst wird. Additive Verfahren unterscheiden sich jedoch auch in der Funktionsweise und bei den zugrundeliegenden Werkstoffen.

An dieser Stelle soll es um das sogenannte Laser-Sintern gehen.

 

Funktionsprinzip pulverbasiertes Laser-Sintern

Beim Laser-Sintern handelt es sich um einen pulverbasierten, additiven Fertigungsprozess, der die schnelle, flexible und kostengünstige Herstellung von Produkten direkt aus 3D-CAD-Daten ermöglicht. Zunächst wird eine dünne Schicht des Pulverwerkstoffs auf eine Bauplattform aufgetragen. Ein starker Laserstrahl schmilzt das Pulver exakt an den Stellen auf, die die Bauteil-Konstruktionsdaten vorgeben. Danach senkt sich die Fertigungsplattform ab und es erfolgt ein weiterer Pulverauftrag. Der Werkstoff wird erneut aufgeschmolzen und verbindet sich an den definierten Stellen mit der darunterliegenden Schicht.

 

Funktionsprinzip des pulverbasierten Laser-Sinterns (Quelle: EOS)
Funktionsprinzip des pulverbasierten Laser-Sinterns (Quelle: EOS)

 

Bei diesen AM-Verfahren werden einerseits unterschiedlichste Kunststoffe eingesetzt, so etwa Polyamide (PA), Polystyrole (PS), thermoplastische Elastomere (TPE) und Polyaryletherketon (PAEK). Zum anderen gibt es auch metallseitig eine breite Palette an zu verarbeitenden Werkstoffen - von Aluminium und Maraging-Stahl über Edelstahl und Titan bis hin zu Nickel- und Kobalt-Chrom-Legierungen.

 

 

Bauprozess des Laser-Sinterns bei der Herstellung  von Metallteilen  (Quelle: EOS).
Bauprozess des Laser-Sinterns bei der Herstellung von Metallteilen (Quelle: EOS)

 

 

Vorteile nutzen, wo konventionelle Fertigung an Grenzen stößt

Diese AM-Fertigungsmethode fand ursprünglich besonders im Rapid Prototyping Verwendung – dem Bau von Anschauungs- und Funktionsprototypen. Produktentwicklung und Markteinführung lassen sich dadurch entscheidend verkürzen. Mittlerweile hält die additive Fertigung zunehmend Einzug in die Serienfertigung. Sie eröffnet großen OEM-Herstellern aus unterschiedlichsten Industriezweigen die Möglichkeit, sich am Markt zu differenzieren – im Hinblick auf neue Kundennutzen, Kostenreduktionspotenziale oder zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen.

Die Technologie zeigt dort ihre Stärken, wo die konventionelle Fertigung an Grenzen stößt. Sie setzt an den Stellen an, wo Konstruktion, Design und Fertigung neu durchdacht werden müssen, um Lösungen zu finden. Sie ermöglicht einen „design-driven manufacturing process“, bei dem die Konstruktion die Fertigung bestimmt – und nicht umgekehrt. Darüber hinaus gestattet die additive Fertigung höchst komplexe Strukturen, die gleichzeitig extrem leicht und stabil sein können. Sie gewährt ein hohes Maß an Designfreiheit, Funktionsoptimierung und -integration, das Herstellen kleiner Losgrößen zu angemessenen Stückkosten und eine starke Individualisierung von Produkten sogar in der Serienfertigung.

 

Additive Fertigung im Bereich Supply-Chain und Logistik

Unternehmen aus den verschiedensten Branchen profitieren von den Vorteilen additiver Fertigung. Die Möglichkeiten von AM ändern dabei nicht nur die Herstellung einzelner Bauteile, sondern auch die gesamte Produktionskette – wie sich besonders im Logistiksektor zeigt. Da die additive Fertigung letztlich eine digitale Technologie ist, erlaubt sie flexible Produktionslosgrößen, flexible Produktionszeiten sowie flexible Produktionsorte.

 

Mit additiver Fertigung Schicht für Schicht aus Werkstoffen, die als feines Pulver vorliegen, zum fertigen Bauteil (Quelle: EOS).
Mit additiver Fertigung Schicht für Schicht aus Werkstoffen, die als feines Pulver vorliegen, zum fertigen Bauteil (Quelle: EOS).

 

 

Im Detail bedeutet das, dass Hersteller Produkte näher an ihren Kunden und stärker nach Bedarf additiv fertigen können. Bauteile müssen zukünftig nicht mehr zentral gefertigt und dann global verteilt werden („local to global“). Vielmehr werden dezentrale Fertigungszentren errichtet, die digitalen Bauteildaten an diese verschickt und das Produkt direkt „vor Ort“ 3D gedruckt („globally local”). Lieferkosten und Lieferzeit können damit minimiert werden.

Zwei weitere Vorteile: Die additive Fertigung erlaubt eine schnelle Fertigung kleiner Losgrößen („from one to many“) – und das nach Bedarf („from just-in-time to on demand, whatever needed”). Besonders im Ersatzteilbereich sind kleine und Individualisierte Produktionslosgrößen bei Bedarf ein wesentlicher Vorteil. Das sorgt im Ergebnis für wegfallende Werkzeugkosten und verringerte Lagerhaltungskosten.

Das globale Beratungsunternehmen EY hat für seinen „Global 3D printing Report 2016“[1] 900 Unternehmen aus 12 Ländern zum Thema 3D Druck befragt; auch aus dem Bereich Transport und  Das Ergebnis: 10 Prozent aller befragten Unternehmen aus dem Bereich Transport und Logistik haben bereits Erfahrungen mit additiver Fertigung. Auch wenn diese Zahl hoch erscheint, ist sie im Vergleich zu anderen Industrien deutlich geringer – in der Kunststoffindustrie sind es beispielsweise 38 Prozent.

 

 

Die additive Fertigung verändert Produktion und Supply Chain (Quelle: EOS).
Die additive Fertigung verändert Produktion und Supply Chain (Quelle: EOS).

 

 

Diesen Zahlen zeigen, dass die Auswirkungen der additiven Fertigung auf viele andere Industrien derzeit noch stärker sind, als im Logistiksektor. Doch werden Logistik- und Transportunternehmen mit stetig zunehmendem Einsatz der additiven Fertigung immer umfassender davon betroffen sein. Jetzt ist die Zeit, sich mit der Technologie und ihren Möglichkeiten zu befassen.

                                                                                                       



 

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