Additive Fertigung : Vom Hype zur Produktion der Zukunft

Bei der generativen Fertigung werden Volumenelemente so aneinandergesetzt, dass fertige Körper entstehen. Diese Strategie ermöglicht aus Daten und ohne weitere Hilfsmittel (wie zum Beispiel Formen oder Modelle) dreidimensionale Körper aufzubauen.

In der Vergangenheit und bis in die achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts hinein, waren allein manuelle Vorgehensweisen bekannt, die aus einem formlosen Stoff einen festen Körper herstellen konnten. So wurde z.B. eine Schmelze in eine Form gegossen und nach dem Erstarren war der Gegenstand verfügbar.

Bedingung für diese Vorgehensweise war immer, dass zunächst die Form hergestellt werden musste, in die dann die Schmelze eingefüllt wurde. Der Herstellung des Produkts waren oft mehrere (und komplizierte) Prozesse vorgelagert, die große Ressourcen benötigen. Darüber hinaus war es oft schwierig, beliebige Formen herzustellen. Montageprozesse für bewegte Elemente wurden stets im Anschluss an die Herstellung der Einzelteile umgesetzt.

Bei der additiven Fertigung fügt man sehr kleine Volumenelemente so aneinander, dass komplexe Geometrien entstehen ohne auf Formen angewiesen zu sein. Der Grundkörper ist stabil und mit dem hinzugefügten Volumenelement wird der angestrebte Körper immer weiter angenähert. Im Laufe des Prozesses ist man weder an Formen oder Modelle bzw. an klassische Konstruktionsregeln gebunden. Während des Bauprozesses können Gelenke, Lagerungen und Führungen so in die Bauteile integriert werden, dass oft keine weitere Montage von Einzelteilen mehr erforderlich ist.

Additive Fertigungsverfahren eröffnen neue Wege, wenn komplexe Integralbauteile gebaut werden müssen, man schnell von der Konstruktion zum fertigen Bauteil kommen möchte und originelle Ideen in heterogenen Teams besprochen werden müssen. Modelle und Formen, die der klassische Urformprozess fordert sind überflüssig, Funktionen, die sich aus der Bewegung des Fertigteils ergeben, können im Bauprozess umgesetzt werden und erfordern kein Fügen des Fertigteils aus Einzelstücken.

Inzwischen ist die Verfahrensgruppe den Kinderschuhen entwachsen. Aus dem Bedürfnis nach Anschauungsobjekten, die in kurzer Zeit zur Verfügung stehen, haben sich etablierte Produktionsmethoden entwickelt zu denen keine konventionellen Alternativen bekannt sind. Additive Verfahren werden eingesetzt, wenn Werkzeuge im Spritzguss optimiert werden. Sie sorgen dafür, dass Vorserien kurzfristig zur Verfügung stehen bis Produkte Großserienreife erlangen. Diese Verfahren helfen, wenn im Operationssaal bessere Entscheidungen schneller gefällt werden und sie eröffnen Potenziale für Werkstoffeigenschaften, die entsprechend den Anforderungen innerhalb der Bauteile variieren können.

Neben Kunststoffen werden auch mineralische Werkstoffe und Metalle verarbeitet. Außer den drei Dimensionen des Raums können Volumenelementen weitere Eigenschaften wie z.B. Farbe, Elastizität, Härte oder pharmazeutische Wirksamkeit zugewiesen werden. Innerhalb des Bauteils ist eine Variation dieser Eigenschaften denkbar. Auf diese Art können eng an die Benutzung angepasste Bauteile entstehen. Massenfertigungsstrategien werden zur Herstellung individueller Bauteile möglich.

Additiv hergestellte Bauteile unterscheiden sich in ihren Eigenschaften oft wesentlich von den bisher konventionell hergestellten Produkten. Gelegentlich liegen damit Einsatzgrenzen vor, die bisher nicht bekannt waren. Das betrifft beispielsweise die stark richtungsabhängige Festigkeit der Bauteile oder Fertigungstoleranzen, die an den schichtweisen Herstellungsprozess gebunden sind. Die aktuellen Entwicklungen orientieren sich an solchen Defiziten. Die Anwendung der additiven Technologie führt zu Bauteilen mit attraktiver Geometrie, die mehrere Funktionen integrieren können und schneller zur Verfügung stehen.

Die 6 häufigsten 3D-Druckverfahren

• Multi Jet Fusion (MJF)
• Selektives Lasersintern (SLS)
• Stereolithografie (SLA)
• Polygrafie / Polyjet
• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Selektives Lasermelting (SLM)