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Die additive Fertigung in der digitalen Industrie: 3D Druck weiter auf dem Vormarsch

3D-Drucker in Aktion. Foto: Christian Reil , Pixabay, Quelle; https://pixabay.com/de/photos/industrie-technologie-maschine-3d-3225119/ Lizenz: Freie kommerzielle Nutzung / Kein Bildnachweis nötig

3D-Drucker in Aktion. Foto: Christian Reil , Pixabay, Quelle; https://pixabay.com/de/photos/industrie-technologie-maschine-3d-3225119/ Lizenz: Freie kommerzielle Nutzung / Kein Bildnachweis nötig

Die Industrie 4.0 wartet mit vielerlei Innovationen auf. Um fähige Fachleute für den Umgang mit neuartigen Technologien vorzubereiten, werden immer neue Studiengänge und Ausbildungsfelder für die Gesellschaft von morgen angeboten: Die Society 5.0 steht in den Startlöchern. Ein wesentlicher Bestandteil der zukunftsweisenden Technologien ist die additive Fertigung. Seitdem vor einigen Jahren relevante Patente für den 3D Druck ausgelaufen sind, gewinnen additiv gefertigte Bauteile in der Industrie zunehmend an Bedeutung.

Die Druckverfahren unterscheiden sich erheblich von dem 3D Drucken im Hausgebrauch. FDM Drucker erzeugen 3D Objekte aus Kunststoffen, hier kommen die Filamente ABS und PLA zum Einsatz. Die Eigenschaften, vor allem Stabilität und Bruchsicherheit, sind nahezu identisch. PLA wird vorwiegend eingesetzt, da beim Drucken mit ABS-Filamenten krebserregende Dämpfe entstehen können. Für den Einsatz im Bereich Lebensmittel sind beide Kunststoffe ungeeignet. Wer sich also eine Tasse selbst zu Hause ausdrucken möchte, sollte diese als Kunstobjekt betrachten und nicht zum Trinken gebrauchen.

Druckverfahren und Werkstoffe für industriellen 3D Druck

Während ein FDM 3D Drucker die Kunststoffe im Extruder verflüssigt und in Schichten übereinander druckt, arbeiten industrielle 3D Druck mit Werkstoffen in Pulverform. Diese Werkstoffe kommen branchenübergreifend zum Einsatz:

  • Metalle und Legierungen
  • Keramik
  • Holz
  • Gips
  • Leitfähige Materialien
  • Werkstoffe mit Formgedächtnislegierung
  • Silikon
  • Glas und Diamant

Industrielle 3D Drucker besitzen eine gasgefüllte Kammer für das Pulver, damit der Werkstoff nicht mit Sauerstoff konterminiert. Das Drucken gelingt annähernd verlustfrei, womit die additive Fertigung als besonders nachhaltig bezeichnet werden kann. Sollte in einigen Jahren eine Steuer für Industrieabfälle verabschiedet werden, welche derzeit in der Politik diskutiert wird, genießen Unternehmen noch größere finanzielle Vorteile durch den Einsatz von 3D Druckern.

Größtmögliche Freiheit in der Formgebung für Werkstücke

Im industriellen 3D Drucker, welcher durchaus von der Größe her einen halben Raum ausfüllen kann, lassen sich Verschleißteile kostengünstig anfertigen. Werden die Druckzeiten noch beschleunigt, kann der industrielle 3D Druck bereits in wenigen Jahren das herkömmliche Spritzguss-Verfahren ablösen. Es ist mittels additiver Fertigung nicht nur eine besonders hohe Freiheit in der Formgebung gewährleistet, auch das Gewicht der ausgedruckten Werkstücke lässt sich individuell modifizieren. Durch das Einstellen der Innenfüllung können bis zu 50 % des Gesamtgewichts eingespart werden, wobei die Funktionalität und Stabilität erhalten bleiben. Vor allem in der Luftfahrtindustrie ist dies besonders interessant, Boeing hat sich bereits vielerlei Patente gesichert und stellt somit sicher, auch in Zukunft ganz vorne am Markt dabei zu bleiben.

Es lassen sich ebenso leicht Werkzeuge oder einzelne Bauteile ausdrucken. Auf dieser Internetseite kann jeder individuelle Zahnräder aus dem 3D Drucker erzeugen. Wer das 3D Modell nicht selbst erstellen möchte, oder kann, greift auf vielfältige 3D Modelle aus Datenbanken im Internet zurück. Auch Disney oder LEGO sind in die additive Fertigung eingestiegen, künftig kann es möglich sein, sich sein Spielzeugset direkt im Geschäft additiv fertigen zu lassen. Um eine Produktpiraterie zu verhindern, stellen die großen Unternehmen Lizenzen zur Verfügung, die zum Ausdrucken der einzelnen Modelle berechtigen. Über komplizierte Verfahren wird mittels ausgeklügelten Software-Lösungen dafür gesorgt, dass sich die 3D Modelle erst nach einer Bezahlung der Lizenzgebühr erstellen lassen.

Rapides Arbeiten in der digitalen Welt: 3D Druck beschleunigt Arbeitsprozesse

Im Fall von Boeing und anderen Großanbietern werden unterschiedliche Werkstücke wie Zahnräder, Spezialwerkzeuge oder Verbinder in einer Datenbank bereitgestellt. Für Abnehmer ist es nicht mehr nötig, die Ersatzteile anliefern zu lassen. Wer als Unternehmer häufig Bauteile benötigt, schafft einen geeigneten 3D Drucker an und produziert die benötigen Komponenten einfach selbst vor Ort. Auch im medizinischen Bereich ist dies von großer Bedeutung.

Ärzte am stark umkämpften Gaza-Streifen drucken Stethoskope und andere medizinische Geräte im 3D Drucker aus. Die Modelle haben sie dabei selbst entworfen. In Gebieten mit einer schlecht ausgebauten Infrastruktur ermöglicht die additive Fertigung eine enorme Steigerung der Produktivität und trägt dazu bei, das Wirtschaftswachstum zu optimieren. In asiatischen Ländern mit wenig Niederschlägen haben clevere Tüftler ein Bewässerungssystem mit dem 3D Drucker erstellt. So kann großflächig sichergestellt werden, dass Pflanzen auch in jenen Regionen ausreichend Bewässerung erhalten, die sonst aufgrund unzureichender Witterungsverhältnisse dort nicht wachsen könnten.

Auch Gartenbesitzer und Hobbybastler in Deutschland profitieren von diesen Innovationen, so mancher Hobbydrucker hat die richtungsweisenden Ideen bereits nachgemacht und sich effektive Bewässerungssysteme für den Garten oder einzelne Pflanztöpfe gefertigt. Auch für den Einsatz in großen Gewächshäusern und Plantagen lohnt sich eine Investition in die additive Fertigung: Die Anschaffungskosten für einen industriellen 3D Drucker sind zwar relativ hoch, durch diverse Einsparmöglichkeiten gegenüber herkömmlichen Verfahren rentiert sich der Einsatz additiver Fertigung aber schon nach kurzer Zeit. Ein weiteres Plus ist die hohe Flexibilität.

Einziges Manko der neuartigen Technologie ist derzeit immer noch die enorme Druckzeit. Durch Softwareupdates und die Entwicklung neuer Druckverfahren, wie etwa der schwebende 3D Druck im Magnetfeld, möchten die Druckerhersteller aber dafür sorgen, dass sich die Zeiten für additiv gefertigte Bauteile in Kürze minimieren.

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