3D-Druck-Fertigungsverfahren: Wie der Maschinenbau profitiert

Viele Produktionsunternehmen stellen fest: Die Nachfrage ihrer Kunden ändert sich immer schneller, oft angetrieben von Social Media und E-Commerce. Um dabei mithalten zu können, müssen Hersteller neue, flexible Prozesse und Technologien einsetzen. Hier gewinnen 3D-Druck-Fertigungsverfahren zunehmend an Bedeutung. Schließlich lassen sich damit Maschinen-, Format- und Ersatzteile wesentlich schneller produzieren. Besonders bei komplexen Bauteilen ergibt sich zudem ein spürbar besseres Preis-Leistungs-Verhältnis als mit traditionellen Technologien. Auch macht die additive Produktion bislang undenkbare Konstruktionslösungen möglich. Unter anderem lassen sich nach dem Vorbild der Natur Wabenstrukturen drucken, mit denen das Bauteil leichter, stabiler und weniger materialintensiv gelingt.

3D-Druck-Fertigungsverfahren: Nicht nur für den Prototypen geeignet

Auf der Hand liegen diese Vorteile beim Prototyping, bei dem der 3D-Druck besonders weit verbreitet ist. Bei konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Spritzguss müssen vor dem eigentlichen Herstellungsprozess zunächst Werkzeuge gefertigt werden. Dies dauert nicht nur lange, sondern ist meist auch mit hohen Kosten verbunden. Bei der additiven Fertigung hingegen werden lediglich CAD-Daten benötigt. Damit kann die Produktion auf Knopfdruck und ohne größere Rüstvorgänge gestartet werden.

Gerade im Maschinenbau ergeben sich Vorteile jenseits der Herstellung von Prototypen. Einige Aspekte stellen wir hier vor. Sie sind das Ergebnis unserer täglichen Erfahrungen bei der automatisierten Vermittlung von Produktionsaufträgen. Die Plattform Xometry Europe bringt Hersteller und Kunden zusammen und verhilft damit beiden Seiten zu digitalisierten Abläufen.

Nur das erforderliche Material wird verbraucht

Mit den herkömmlichen Herstellungsmethoden im Maschinenbau sind Konstrukteure beim Design deutlich eingeschränkt. Das gilt etwa für das CNC-Fräsen oder -Drehen: Komplexe Geometrien wie Überhänge oder Kanäle lassen sich hier nur schwer realisieren. Zudem fallen große Mengen an überschüssigem Material an. Bei der additiven Fertigung hingegen werden die Bauteile Schicht für Schicht aufgebaut, so dass fast ausschließlich das tatsächlich benötigte Material verbraucht wird. Designfreiheit ergibt sich, weil die Teile von Grund auf anders gestaltet werden können. Sie sind daher günstiger, schneller und effektiver. Der Begriff „Design for Additive Manufacturing“, oder kurz DfAM, bezeichnet diesen Prozess.

Lieferketten werden abgesichert

Ein wichtiger Grund, warum Maschinenbauer auch eine additive Fertigung in Erwägung ziehen sollten, ist die Optimierung ihrer Lieferketten. In den vergangenen Jahren wurde deutlich, wie wichtig neben der Kosten­effizienz von Lieferbeziehungen die Ausfallsicherheit ist. Der 3D-Druck unterstützt beide Anforderungen. So ermöglicht die Technologie eine dezentrale Fertigung, bei der keine physischen Produkte mehr transportiert werden, sondern nur noch Daten. Diese können über sichere 3D-Druck-Plattformen weltweit zwischen Produk­tionspartnern geteilt werden. So fertigen die 2000 Partnerfirmen der Plattform Xometry Europe in ganz Europa schnell und in garantiert hoher Qualität. Das ermöglicht eine Produktion auf Abruf. Die Teile werden dann genau zum benötigten Zeitpunkt bereitgestellt, hohe Lagerkosten entfallen.

Auf einer dezentralen Plattform können Kunden für die additive Produktion von Maschinenbauteilen aus acht unterschiedlichen Verfahren für Metalle und Kunststoff wählen. Diese große Auswahl ist wichtig, denn es hat sich gezeigt: Beim 3D-Druck ist es entscheidend, das passende Verfahren zu wählen. Erst die richtige Technologie und die Kombination mit den geeigneten Materialien verspricht eine hohe Qualität des Bauteils.

Technische Vorteile der 3D-Druck-Fertigungsverfahren

Einige Anforderungen kann nur die additive Fertigung erfüllen. Neben der fast völligen Geometrie-Freiheit sind das konstante Toleranzen von bis zu 0,1 Prozent. Auch die große Vielfalt an Materialien wie Polymere, Silikone und Metalle garantieren den Einsatz für fast jede Anwendung. Selbst bei 3D-Druck-Fertigungsverfahren von Metallen werden inzwischen hervorragende Oberflächen erreicht, etwa mit Titan. Für Kunststoffteile ist mit einer chemischen Nachbehandlung die Veredelung möglich. Zur optimalen Vorbereitung gehört aber auch die genaue Ausrichtung des Bauteils und die beste Auslastung des Bauraums. Fallen alle Aspekte zusammen, können die gedruckten Teile über eine dezentrale Plattform in bis zu fünf Tagen geliefert werden.

Die von unseren Maschinenbau-Kunden am häufigsten gewählten Druckverfahren sind MJF und SLS in Kombination mit PA12. Dieses Material bietet unterschiedliche Optionen für das Finishing, sodass nahezu alle Ansprüche erfüllt werden können. Es gilt grundsätzlich: Die Fülle der Materialien für den 3D-Druck reicht von Gummiartig bis zu Hartplaste. Im Metallbereich bietet sich zudem das DMLS-Verfahren an. Es kommt eben darauf an, welche Einsatzmöglichkeit für das Teil angestrebt wird. Zudem gibt es die Möglichkeit, Verfahren zu kombinieren. So lässt sich zwar additiv keine Passung herstellen. Dazu verbinden wir aber Druck und Fräsen in der Nacharbeit.

Zwei Praxisbeispiele

Ein Hersteller von Transportsystemen benötigte einzelne Teile in Geometrien, die es nicht als Standard gab. Darunter waren Abweiser, Kantenschutz und Vibrationsdämpfer für die Transportbahnen. Die benötigte Stückzahl war für die Herstellung im Spritzguss zu niedrig, daher wurden die Teile additiv in SLS und MJF in Auftrag gegeben. Der große Vorteil zeigte sich, als zu hohe Vibrationsgeräusche die Auslieferung von Förderanlagen gefährdeten: Innerhalb von nur einer Woche vermittelte der Anbieter die Produktion von 4100 Vibrationsdämpfern für Schrauben.

Ein weiterer Hersteller von Flottenmanagementsystemen setzt den MJF-3D-Druck für die Gehäuse seiner Elektronikkomponenten ein. Die Entscheidung fiel, weil diese Technologie eine besonders kurze Lieferzeit garantiert. Bei den Gehäusen können die Gewinde in einem Arbeitsgang mitgedruckt werden. Sie müssen also nicht mehr extra gefräst werden, was Zeit spart.

Der Autor Nikolaus Mroncz ist Sales Engineer bei Xometry Europe.

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