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Wie additive Fertigung ganze Industrien revolutioniert

Neue digitale Technologien verwandeln ein "Kinderspiel" in ein leistungsstarkes Werkzeug mit dem Unternehmen Zeit und Geld bei der Fertigung sparen können.

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Wer schon einmal Kinder beim Spielen mit Knete beobachtet hat, kennt den Prozess: Kinder lösen kleine Stückchen von einem Klumpen Knete, fügen sie zu einer Grundform hinzu und lassen so nach und nach den gewünschten Gegenstand entstehen. Doch wer hätte gedacht, dass daraus eines Tages eine Revolution in der Fertigung entsteht? Seit den späten Achtziger Jahren haben Ingenieure und Wissenschaftler Technologien entwickelt, die aus diesem spielerischen Prozess einen bedeutenden Impulsgeber für die Wirtschaft gemacht haben. Diese Technologien werden unter dem Oberbegriff „Additive Fertigung“ zusammengefasst – mit am bekanntesten ist der 3D-Druck.

Dabei lesen Computer-gestützte Systeme digitale Konstruktionsdateien und fügen anhand dieser Blaupausen nach und nach, Millimeter für Millimeter oder Lage für Lage Material hinzu, bis das Endprodukt fertig ist. Das Ergebnis hat die traditionelle Fertigung komplett auf den Kopf gestellt. Denn diese basierte bis heute mehrheitlich darauf, dass aus einem Grundwerkstoff weggefräst oder weggeschnitten wurde. In diesem Sinne ist die additive Fertigung genau das Gegenteil davon.

Zunächst wurde die Technologie nur zur Herstellung von relativ groben Prototypen genutzt. Bis heute haben sich allerdings die Feinheit der Verarbeitung und die Breite der Anwendungsmöglichkeiten vervielfacht. Mit dem Prozess der additiven Fertigung sind sowohl die Handschuhe des Kinohelden „Iron Man“ als auch Kraftstoffdüsen für die Motoren der neuen 737 Max von Boeing entstanden.

Es gibt viele gute Gründe, warum sich Firmen mit dem Thema 3D-Drucken beschäftigen:

  • Mit Hilfe der additiven Fertigung können komplexe Teile in einem Stück gefertigt werden, anstatt viele Komponenten zusammenbauen zu müssen, wodurch enorm Zeit eingespart wird.
  • Anders als bei der konventionellen Fertigung ist buchstäblich fast alles machbar. Es können wesentlich komplexere und ganz neue Formen hergestellt werden.
  • Änderungen lassen sich schnell umsetzen, da nur das Design am Rechner angepasst werden muss und keine neuen Werkzeuge für die Fertigung hergestellt werden müssen.
  • Ingenieure können relativ einfach Prototypen fertigen und sofort mit dem Testen beginnen.
  • Da ein Unternehmen nur das zur Fertigung des Gegenstandes erforderliche Material benötigt, können Abfall und Kosten reduziert werden.
  • Mit derselben Maschine lassen sich viele unterschiedliche Dinge herstellen – daher ist man nicht nur auf einen Produkttyp oder ein Modell beschränkt.
  • Produkte können künftig in diversen neuen Materialien gefertigt werden, die ganz spezifische Materialeigenschaften aufweisen.
  • Es können individualisierte Produkte oder Kleinstserien gefertigt werden, was bisher mit sehr hohen Kosten verbunden war oder gar unmöglich.

Innovative Unternehmen beginnen gerade damit, diese Technologie zur Fertigung von Produkten für die Automobil- und Flugzeugindustrie, die Medizin und sogar die Konsumgterindustrie einzusetzen. Und es ergeben sich täglich neue Anwendungsmöglichkeiten.

Es gibt viele unterschiedliche Spielarten der additiven Fertigung, von der Extrusion erhitzter Werkstoffe in dünne Schichten über die Beschichtung mit Pulvern und Bindemitteln zur Erzeugung von Festkörpern bis zum Einsatz von Wärme zum Verschweißen von Werkstoffen. Einer der großen Vorteile der additiven Fertigung ist die breite Palette an Substanzen, die heutzutage für die Herstellung von Teilen und Produkten verfügbar ist. Beschränkte sich die Technologie früher auf den Einsatz von Kunststoffen, so werden heute auch Keramik-Werkstoffe und – noch wichtiger – qualitativ hochwertige Metallpulver für die Produktion langlebiger Gegenstände verwendet.

Oerlikon Metco forscht und entwickelt als einer der führenden Werkstoffhersteller neue Materialien für die additive Fertigung. Denn das Material und seine Eigenschaften werden einen entscheidenden Stellenwert für den Erfolg und die Kommerzialisierung der additiven Fertigung haben (z.B. Verbesserung der Langlebigkeit, der Präzision und der Verarbeitungsqualität des Endprodukts liefern).

Unser nächster Artikel wird genauer beleuchten, wie die additive Fertigung ganze Industrien revolutionieren kann.

Von Erik Sherman und Steffan Heuer

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