Fertigung Additive Produktion: Was sie wirklich kann

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Was die additive Produktion betrifft, so gibt es immer noch viele Vorbehalte, die oft auf fehlendem Wissen oder falschen Schlussfolgerungen beruhen. Dabei eröffnen die entsprechenden Fertigungsverfahren enorme Designfreiheiten mit einer großen Auswahl an Materialien. Und nicht nur das.

Der 3D-Druck ist längst kein Geheimtipp mehr, wenn Firmen Tempo in Produktion, Prozesse oder Produktentwicklung bringen wollen. High-Tech-Drucker stehen heute in Handwerksbetrieben ebenso wie in den Forschungsabteilungen von Konzernen. Immer häufiger sogar in der heimischen Hobbywerkstatt. Leistungsfähige Maschinen sind allerdings teuer. Wer keinen eigenen Drucker kaufen möchte, kann eine Produktionsplattform wie Xometry Europe nutzen. Diese vermittelt täglich zahlreiche Aufträge – auch für die additive Produktion.

5 Legenden über die additive Produktion

Leider kursieren trotz der wachsenden Popularität dieser großartigen Technologie noch hartnäckige Irrtümer und Vorurteile. Viele Menschen wissen einfach nicht, wie rasant sich der 3D-Druck entwickelt und welche unglaublichen Möglichkeiten er seinen Anwendern mittlerweile bietet. Hier finden Sie fünf weitverbreitete Legenden, die Anbieter wie Xometry fast täglich hören. Produktbeispiele aus der Praxis zeigen jedoch, dass diese Überzeugungen überholt sind.

1. „Additiv kann man nur Kunststoffe verarbeiten.“

Aluminium, Kobalt-Chrom, Stahl, Edelstahl, Inconel, Titan: Aus so unterschiedlichen Metallen lassen die Kunden von Xometry ihre Teile drucken. Heraus kommen unter anderem Zahn- oder orthopädische Implantate, Gasturbinen, Druckgusswerkzeuge oder Ersatzteile für Autos.

Dazu werden Legierungen verwendet, die den Materialien spezielle Eigenschaften geben. So enthält Al-Si10Mg neben Aluminium auch Silizium und Spuren von Magnesium sowie Eisen. Damit wird das Material gut leitfähig für Wärme und Strom. In der Luft- und Raumfahrt wiederum wird gerne mit einer Mischung aus Chrom, Nickel, Kupfer und Stahl gedruckt (Edelstahl 17-4PH). Das ergibt jene Zugfestigkeit und Steifigkeit, die in High-Tech-Industrien gefragt sind.

2. „Die additive Produktion bringt lediglich schwache Teile hervor.”

Ob Werkzeugbau oder Medizingeräte, Lager oder Halterungen: Gedruckt wird heute, was benötigt wird. Und das sind durchaus Teile, die hohe Belastungen aushalten müssen. Dabei kommt es nicht nur auf die Auswahl der richtigen Materialien an. Auch Design, Druckereinstellung und Nachbearbeitung beeinflussen die Festigkeit additiv erstellter Bauteile. Grundsätzlich unterscheidet man zwei Gruppen von Materialien: Kunststoffe, die mit den Verfahren FDM, SLS, SLA, Carbon DLS, MJF gedruckt werden. Und Metalle, die sich mit DMLS verarbeiten lassen. Einen Überblick über die wichtigsten Materialien und ihre Möglichkeiten hat Xometry in einem Leitfaden zusammengestellt.

Wer zum Beispiel hohe thermische Anforderungen hat, könnte CE 221 (Cyanat-Ester) wählen. Dieses Harz hat eine Glasübergangstemperatur von etwa 225 Grad Celsius und ist damit langfristig thermisch stabil. Hohe Schlagfestigkeit wiederum verspricht Polycarbonat (PC), ein zähes und amorphes Material. Angewendet wird es in Medizin- und Industrieprodukten oder auch in elektronischen Bauteilen.

Unter den Metallen wird Edelstahl 316L häufig für Lebensmittel- und Laborgeräte, Wärmetauscher, Muttern und Schrauben eingesetzt. Er besitzt ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Stabilität gegenüber chlorhaltigen Medien und nicht oxidierenden Säuren. Schwach sind gedruckte Bauteile also längst nicht mehr.

3. „Gedruckte Teile sehen einfach nicht schön aus.“

Dieses Vorurteil zur Ästhetik übersieht völlig die Möglichkeiten der Nachbearbeitung. Zwar erhält man beim 3D-Druck die glatte Oberfläche nicht immer auf Anhieb, denn meistens werden schichtweise Verfahren angewendet. Einige Technologien sind dennoch bestens für glatte Oberflächen geeignet: SLA, Polyjet und Carbon DLS. Meist verfestigen sich hier die Rohmaterialien in Form von Harz zu einer homogenen Oberfläche. Glatt wie Glas ist das Ergebnis gar bei Carbon DLS. Hier werden Kunststoffe wie Polyurethan verwendet, was ein tadelloses Ergebnis hervorbringt.

Wer immer noch unzufrieden ist, kann das Teil nachbearbeiten lassen. Unter den Verfahren haben sich Glasperlenstrahlen, Vapour, Trovalisieren oder Schleifen und Polieren bewährt. Jede Technik hat ihre speziellen Eigenschaften, die beim entsprechenden Material zur Geltung kommen.

4. „Additive Produktion heißt: Es lassen sich ausschließlich kleine Teile drucken“

Kolben für Sportwagenmotoren, ein kompletter Kühlergrill für Geländewagen, Prothesen oder OP-Besteck – das sind einige Beispiele für Teile, die heute im 3D-Druck entstehen. So wird zum Beispiel im FDM- und SLA-Verfahren bis zu einer Baugröße von etwa zwei Metern gedruckt. Die entsprechenden Maschinen kosten über eine Million Euro. Allerdings baut eine wesentlich günstigere Durchschnittsanlage auch schon bis zu einem halben Meter Größe.

Mit den technischen Verbesserungen erweitern sich die Anwendungsgebiete. Der Phantasie von Entwicklern werden deshalb im 3D-Druck immer weniger Grenzen gesetzt.

5. „Mit 3D-Druck können wir nur Prototypen herstellen.“

Die Produktionspreise für die additive Herstellung sind innerhalb weniger Jahre dramatisch gesunken. Es wird immer sinnvoller, mit dem 3D-Druck traditionelle Technologien wie den Spritzguss zu ersetzen. Da sich auch die Druckqualität ständig verbessert – siehe oben – gleichen sich die Ergebnisse beider Technologien an. So lässt sich zum Beispiel TPU chemisch glätten, was noch bis vor kurzem undenkbar war. Xometry vermittelt regelmäßig Aufträge von bis zu 10 000 Stück über seine Produktionsplattform.

Wer Serien plant, muss abwägen: Ein Werkzeug für den Spritzguss kostet schnell zigtausend Euro. Wird im Laufe der Zeit eine Änderung des Bauteils nötig, ist auch eine Änderung des teuren Werkzeugs fällig – oder sogar ein komplett neues Teil. Beim 3D-Druck entfällt der Schritt: Neuerungen des Modells werden dem Drucker digital mitgeteilt. Daher kann sich der Druck auch dann lohnen, wenn der Einzelpreis für die Produktion hoch erscheint. Wichtig sind die Gesamtkosten – und die sind hier möglicherweise niedriger. Eine Option ist der 3D-Druck auch bei komplexen Konstruktionen. Wenn diese im Guss nicht machbar sind, muss umgeplant werden. Im Druck hingegen können auch schwierige Entwicklungen realisiert werden.