Additive Fertigung (3D-Druck) – Auswirkungen auf die Entwicklung, schnellere Produktion und Verwendung neuer Materialien

Es sieht so aus, als ob die 3D-Drucktechnologie die Fertigungsindustrie revolutionieren und ein neues Zeitalter der Effizienz einläuten könnte.

Eine deutliche Senkung der Preise für 3D-Drucker und das nötige Zubehör ermöglicht nun auch vielen kleineren Unternehmen den Zugang zu dieser Technologie, die sich bislang nur finanzstarke Großunternehmen leisten konnten. 2014 prognostizierte der Wohlers Report einen Umsatzanstieg von $3,07 Milliarden in 2013 auf $12,8 Milliarden US-Dollar in 2018 (laut dem diesjährigen Bericht wurde in 2015 bereits die $5-Milliarden-Marke überschritten).

Kosteneinsparungen

Die ursprünglich für Prototyping und Designprojekte vorgesehene Technologie erlaubt inzwischen die Produktion strukturell sicherer Teile durch additive Fertigung. Unternehmen können somit den 3D-Druck für weitaus mehr als nur Designzwecke nutzen und dabei auch noch von drastischen Kosteneinsparungen profitieren.

Chefdesigner Paul Doe des Design- und Entwicklungsberaters für den Motorsport Prodrive erklärte gegenüber Computer Weekly.com: „Wir sind in der Lage, Formen zu bauen, die mit Spritzguss oder Schmiedeverfahren einfach nicht möglich sind – Teile, die sich ausschließlich mit Hilfe der additiven Fertigung herstellen lassen. So können wir einerseits Fixkosten vermeiden, andererseits fällt keine Lagerhaltung an, da wir Teile auf Anfrage produzieren können.“ Bei einem einzigen Autoprojekt konnten dank 3D-Druck Kosteneinsparungen von 80.000 Pfund Sterling erzielt werden.

Vor allem spezialisiertere Branchen profitieren durch eine schnellere Produktion. Wo komplizierte Einzelteile vormals Vorlaufzeiten von mehreren Wochen oder gar Monaten erforderten, können diese Teile nun im eigenen Haus innerhalb nur weniger Stunden produziert werden.

Accuride nutzt 3D-Druck für die Produktentwicklung

Für die Konstrukteure von Accuride hat der 3D-Druck enorme Veränderungen bei der Produktentwicklung mit sich gebracht. Dank der relativ geringen Kosten zum Herstellen eines Prototyps können sie nun experimentieren und ihre Ideen testen, bevor Sie sich für ein endgültiges Design entscheiden. Dies wirkt sich zudem positiv auf das Endprodukt aus und bringt darüber hinaus auch für den Kunden Vorteile, da dieser die bestmögliche Lösung erhält.

Neue Möglichkeiten mit neuen Materialien

Neue Filamente erhöhen kontinuierlich die Einsatzmöglichkeiten der additiven Fertigung und dank der jüngsten Entwicklungen können nun bereits günstigere 3D-Drucker Metallmodelle herstellen.

Metallfilamente mit Kunststoff bieten spannende Möglichkeiten für kleinere Unternehmen. Messing- und Kupferfilamente sind bereits verfügbar und in Zukunft wird es wohl bald auch möglich sein, Nickel-, Keramik- und sogar Glasmodelle im 3D-Druckverfahren herzustellen.

Unlängst meldete 3M ein Patent für eine neue Art der 3D-Drucktechnologie an, die zur Herstellung von Kunststoffen auf Fluorchlorkohlenwasserstoffbasis (auch Fluorpolymere genannt) führen könnte, welche in nahezu allem zum Einsatz kommen, von der Luft- und Raumfahrttechnologie über die Rüstungsindustrie bis hin zu antihaftbeschichteten Kochflächen.

Die Zukunft der Fertigungsindustrie

Bei der Herstellung kleiner Stückzahlen hat die additive Fertigung bereits Einzug gehalten. In Märkten mit hohen Fertigungsvolumen und regelmäßiger Produktion steht der Durchbruch jedoch noch aus. Erfolgreich eingesetzt wird die neue Technologie zum Beispiel bei der Herstellung von Baugruppen, Werkzeugen oder Spannvorrichtungen, wo Unternehmen von enormen Kosteneinsparungen und stark verkürzten Vorlaufzeiten profitieren.

Einige führende Unternehmen stehen der neuen 3D-Drucktechnologie durchaus aufgeschlossen gegenüber. So setzen Bauunternehmen die additive Fertigung für die Herstellung modularer Komponenten und gar Inspektions- und Überwachungsdrohnen ein. Größe war bislang ein limitierender Faktor. Nun aber hat Stratasys ein Gerät vorgestellt, das auf einer vertikalen Ebene druckt, was laut Aussagen des Unternehmens eine praktisch unbegrenzte Bauteilgröße zulässt.

Unternehmen und Fertigungswerke weltweit heben die additive Fertigung auf die nächste Stufe. Die „Factory 2050“ der Universität Sheffield wurde mit dem Ziel errichtet, hochwertige Fertigungsprozesse mit kurzen Zyklus- sowie geringen Ausfallzeiten zu entwickeln.

2050 sowie ähnliche Einrichtungen profitieren darüber hinaus auch von neuen Standards, welche Wachstum in der Industrie fördern und auch überhaupt erst ermöglichen. Vor kurzem erst hat ASTM International die chemischen und mechanischen Anforderungen für den 3D-Druck von rostfreien Stahllegierungen beschrieben.

Es ist interessant zu beobachten, wie große OEMs, insbesondere in der Automobilbranche, die Führung hinsichtlich Experimentieren und Investieren in diese neue Technologie übernehmen.

Das 3D-Druck-Startup Carbon konnte GE, BMW und Nikon als strategische Investoren gewinnen. Im Rahmen dieser Kooperation hat BMW inzwischen bereits rund 10.000 Teile mit Carbon-Geräten produziert, vor allem für seine Minis in Deutschland.

Peugeot plant eine Partnerschaft mit Divergent 3D, einem US-amerikanischen Unternehmen, das im letzten Jahr sein „Supercar“ präsentierte, ein Fahrzeug, dessen Teile gänzlich mit 3D-Druckern hergestellt wurden. Der französische Autohersteller verkündete, dass er mit der Divergent Technologie zunächst einmal Prototypen herstellen wolle, um dann später zu erforschen, wie man die neue Technologie auch auf die reguläre Produktion übertragen könne.

Honda hat für die Herstellung der Außenseite seines kleinen Elektroautos MC-B einen 3D-Drucker verwendet und bei Ford sieht man eine der unmittelbaren Anwendungsmöglichkeiten derzeit im Bereich der Werkzeugbauten.

Kann die additive Fertigung in einer von Vordenkern bestimmten Industrie, in welcher nur der Himmel die Grenze ist, Fertigungsprozesse, so wie wir sie kennen, verdrängen und ersetzen? Im Moment scheint dies aufgrund der Dauer, die das Drucken eines jeden Teils benötigt, eher unwahrscheinlich. Doch angesichts der enormen Geschwindigkeit, mit der Entwicklungen hier voranschreiten, können wir das Potenzial dieser Technologie nicht völlig von der Hand weisen.

Weitere Informationen von Nikkei Technolog, EPPM, Financial Times

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