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Additive Fertigung, auch unter dem Namen 3D-Druck bekannt, nimmt Fahrt auf. Bis vor kurzem war der 3D-Druck vor allem aus der Maker-Szene bekannt. Bastler und Tüftler haben einfache Geräte gebaut, mit denen sich kleine, dreidimensionale Gegenstände aus Kunststoff durch schichtweises Aufbringen von Material herstellen ließen. Der 3D-Druck war geboren und wurde schnell zu einem Hype-Thema der Industrie.

automotion hat Rainer Gebhardt, Leiter der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing des VDMA (= Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau), zu diesem Thema befragt.

Herr Gebhardt, wie sind Sie zum Thema additive Fertigung gekommen?

Rainer Gebhardt: Ich war bis vor 3 Jahren beim Druckmaschinenhersteller MAN Roland tätig. Dort konnte ich die Druckindustrie von der Hersteller- und Anwenderseite kennenlernen sowie Erfahrungen und Kenntnisse zu den Technologien und zum Markt sammeln. Durch meinen Wechsel zum Fachverband Druck- und Papiertechnik beim VDMA konnte ich mich auch im Bereich der additiven Fertigung engagieren. Seit der Gründung im Mai 2014 leite ich die Arbeitsgemeinschaft „Additive Fertigung“ des VDMA.

Das Thema 3D-Druck, additive Fertigung oder additive manufacturing, wie Sie es nennen, ist in aller Munde. Was können sich Nicht-Experten unter diesen Begriffen vorstellen?

Der Ausdruck additive manufacturing, kurz AM, ist quasi das Gegenteil zu den uns bekannten Bearbeitungsverfahren, bei denen Material abgetragen wird. Im Gegensatz zum Drehen, Fräsen, Schleifen, Erodieren, wird Material in einem Schichtprozess aufgebracht. Es werden schichtweise dreidimensionale Objekte hergestellt – daher wohl auch der Ausdruck 3D-Druck.

Womit beschäftigen Sie sich in der Arbeitsgemeinschaft "Additive Fertigung"?

Wir betrachten die additive Fertigung entlang der gesamten Prozesskette, also aus den Augen eines Anlagenbauers, Anwenders oder Pulverherstellers. Wichtig ist es uns auch, verfahrensübergreifend zu arbeiten und Verfahren vom Schichtbau und Hybridverfahren für Metalle und Kunststoffe zu berücksichtigen. Als Arbeitsgemeinschaft bieten wir ein Netzwerk zum Austausch von Know-how für den gesamten Maschinenbau. Aktuelle Themen wie Fertigungsqualität und Prozessautomatisierung werden in Arbeitskreisen gezielt bearbeitet.

Der Hype um 3D-Druck ist sehr groß. Wo steht die additive Fertigung im Hype-Zyklus?

Eine Wachstumsrate von mehr als 25% in diesem Markt ist beachtlich und zeigt klar, dass es sich nicht nur um einen Hype handelt. Es gibt eine Vielzahl von Unternehmen, die kommerzielle, industrielle Lösungen anbieten. Anwender nutzen die Anlagen bereits wirtschaftlich in ausgesuchten Bereichen. So wird der 3D-Druck erfolgreich im Prototyping, Tooling, Formenbau oder zur Herstellung von Ersatzteilen eingesetzt. In weiteren Applikationen werden die Vorteile, zum Beispiel die Verringerung von Gewicht oder erhöhter Steifigkeit durch neue Geometrien erprobt. Viele neue Applikationen sind noch in der Findungsphase.

Rainer Gebhardt, Projektleitung AG Additive Manufacturing bei der VDMA (Quelle: Tristan Rösler)

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien für die additive Fertigung. Können Sie uns einen kurzen Überblick über jene geben, die bereits verfügbar sind?

Je nach Werkstoff und Einsatzgebiet der Bauteile kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Die erste Technologie war die sogenannte Stereolithografie. Daraus haben sich über die Jahre weitere industrielle Verfahren für Metalle und Kunststoffe entwickelt. Für Metalle werden das selektive Laserschmelzen und Elektronenstrahlschmelzen eingesetzt. Für Kunststoffe kommt unter anderem der thermische 3D-Druck zum Einsatz. Auch flüssige Kunstharze können eingesetzt werden. Für das Drucken werden dann Stereolithografie und Digital-Light-Processing-Verfahren eingesetzt. Weitere bekannte Methoden sind das Laminierverfahren, Polyjet und der Einsatz von Hybridanlagen.

Welche Einsatzgebiete bieten sich aus Ihrer Sicht bereits heute für Bauteile aus dem 3D-Drucker?

Im Maschinenbau wird der 3D-Druck bereits für die Herstellung von Prototypen eingesetzt, da die langwierige und teure Herstellung von Werkzeugen auf diese Weise entfällt. Das Gleiche gilt auch für die Produktion von Ersatzteilen, die auch in kleinen Mengen hergestellt werden können. Hier kommt der Effekt hinzu, dass die Teile dezentral produziert werden können und nicht für viele Jahre auf Lager gelegt werden müssen. Ein weiteres Einsatzfeld ist die Reparatur von sehr komplexen Bauteilen, wo zum Beispiel aufwendiges Auftragsschweißen, Fräsen und Schleifen durch das gezielte Aufdrucken ersetzt werden kann. Durch die additive Fertigung können neue, nicht mit bisherigen Herstellungsverfahren mögliche Strukturen und Konstruktionen, hergestellt werden. Es lassen sich so extrem präzise, leichte, äußerst stabile und integrierte Bauteile herstellen, die zum Beispiel im Bereich Tooling eingesetzt werden können. Dies sind nur ein paar Beispiele von Einsatzgebieten.

Wo Licht ist, ist auch Schatten. Wo liegen denn die aktuellen Herausforderungen beim Einsatz des 3D-Drucks?

Nicht alles, was technisch geht, ist auch wirtschaftlich sinnvoll. Neben den hohen Kosten für die Kunststoffe und Metallpulver und der notwendigen Zeit zum Druck, muss auch eine sinnvolle Konstruktion der Bauteile erfolgen. Der Konstruktionsprozess muss kreativer Natur sein und der 3D-Druck nicht als substitutive Herstellungsart gesehen werden. Erst dann lässt sich ein Optimum erreichen.

Der Einsatz von additiver Fertigung ist heute bereits in bestimmten Fällen sinnvoll und wirtschaftlich. Können Sie kurz die Vorteile der additiven Fertigung zusammenfassen?

Vorteile sehe ich bei der Herstellung von Teilen in kleinen Stückzahlen, komplexen Teilen, die nicht konventionell produziert werden können und die Herstellung ohne aufwendige und teure Werkzeuge. Durch Dienstleister können Bauteile unabhängig von geografischer Lage und komplexer Logistikkette Kundennah und zeitnah hergestellt werden.

Gibt es auch klare Bereiche, in denen die additive Fertigung keinen Sinn ergibt?

Skaleneffekte bei der Produktion hoher Stückzahlen sind beim 3D-Druck in naher Zukunft nicht zu erwarten, daher wird sich der Einsatz für die Massenproduktion vorerst nicht rechnen.

Wo gibt es aus Ihrer Sicht noch technologische oder andere Hürden, die die 3D-Technik vom Masseneinsatz abhalten?

Die Herstellung von gedruckten Bauteilen entspricht noch nicht den seit langem etablierten, industriellen Fertigungsmethoden. Außerdem gibt es bei der Prozessautomatisierung des Druckprozesses noch weitere Verbesserungspotenziale. Besonders in sensiblen Industrien wie der Luftund Raumfahrt sind die Qualitätsanforderungen an die hergestellten Teile sehr hoch. Des Weiteren müssen wir uns Gedanken um die Förderung neuer kreativer Konstruktionen machen und gleichzeitig sicherstellen, dass diese neuen Ideen nicht einfach kopiert werden können.

Wie wird sich die Technologie und der Einsatz weiterentwickeln und gibt es neben technischen Hürden auch weitere Aspekte, die Beachtung finden sollen?

Wie beim Thema Industrie 4.0 gibt es auch hier technische und gesellschaftspolitische Aspekte. Wenn wir den Entwicklungs- und Konstruktionsprozess betrachten, müssen die Ingenieure kreativer werden, um bisher schwer vorzustellende Ideen in einem 3D-CAD- System zu konstruieren und diese mittels 3D-Druck herzustellen. Auch bei der Kommerzialisierung neuer Ideen wird es zu Neuerungen kommen, denn mit einem 3D-Drucker ist es möglich, günstige Prototypen zu erstellen.

Vielen Dank für das Gespräch!

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