Was ist additive Fertigung? Beginnen Sie mit dem 3D-Druck

Additive Fertigung (AM), oft auch als 3D-Druckist eine bahnbrechende Technik in der Fertigungsindustrie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen Material aus einem massiven Block entfernt wird (wie Schneiden oder Bohren), werden bei AM Objekte Schicht für Schicht direkt aus einem digitalen Modell aufgebaut. Dieser Prozess eröffnet neue Möglichkeiten für die effiziente und abfallarme Herstellung komplexer, kundenspezifischer Teile. Im Laufe der Jahre hat sich der 3D-Druck zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, das Gesundheitswesen, die Automobilindustrie und die Konsumgüterindustrie entwickelt.

Additive Fertigung verstehen #

Im Kern geht es bei der additiven Fertigung um die Verwendung eines digitalen Entwurfs für die Herstellung physischer Objekte. Der Prozess beginnt mit der Erstellung eines 3D-Modells mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design), das dann in dünne Schichten zerlegt wird. Der 3D-Drucker liest diese Schichten und baut das Objekt schrittweise von unten nach oben auf. Diese Methode steht im Gegensatz zur traditionellen subtraktiven Fertigung, bei der in der Regel Material aus einem massiven Block entfernt wird, wodurch mehr Abfall entsteht.

Hauptmerkmale der Additiven Fertigung #

1. Geschichteter Aufbau: Beim 3D-Druck werden die Teile schichtweise aufgebaut, was komplizierte und komplexe Konstruktionen ermöglicht, deren Herstellung mit herkömmlichen Fertigungsverfahren oft zu schwierig oder zu teuer ist.
2. Personalisierung: AM ermöglicht es, hochgradig individualisierte oder personalisierte Teile in großem Maßstab herzustellen. Egal, ob Sie ein einzigartiges Teil für einen Kunden oder einen funktionalen Prototyp entwerfen, der 3D-Druck bietet Flexibilität in der Produktion.
3. Materialeffizienz: Da nur das für jede Schicht benötigte Material verwendet wird, fällt nur wenig Abfall an, was die additive Fertigung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zu einer nachhaltigeren Option macht.
4. Schnelleres Prototyping: Mit dem 3D-Druck können Konstrukteure Prototypen viel schneller erstellen. Dies ermöglicht schnellere Tests, Änderungen und Verbesserungen an Entwürfen, ohne dass langwierige, teure Werkzeuge benötigt werden.

Arten der additiven Fertigung #

Unter den Begriff der additiven Fertigung fallen verschiedene Technologien, die sich jeweils für unterschiedliche Anforderungen und Materialien eignen. Einige der gängigsten sind:

1. Fused Deposition Modeling (FDM) #

FDM ist eine der am häufigsten verwendeten 3D-Druckmethoden. Bei diesem Verfahren wird ein thermoplastisches Filament erhitzt, bis es schmilzt, und dann durch eine Düse extrudiert, um Schichten zu bilden. FDM ist perfekt für die Herstellung von Prototypen und Teilen aus Materialien wie PLA, ABSund PETG.

2. Stereolithographie (SLA) #

SLA härtet flüssiges Harz mit UV-Licht aus, wodurch sehr detaillierte und glatte Teile entstehen. Dieses Verfahren wird häufig in Branchen wie der Schmuckindustrie, der Zahnmedizin und der Konsumgüterindustrie eingesetzt, in denen es auf Präzision ankommt.

3. Selektives Laser-Sintern (SLS) #

SLS werden pulverförmige Materialien wie Kunststoffe, Metalle oder Keramiken mit einem Laser verschmolzen. Diese Technik eignet sich hervorragend für die Herstellung langlebiger und komplexer Teile, wie sie beispielsweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie benötigt werden.

4. Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) #

DMLS funktioniert ähnlich wie SLS, verwendet aber Metallpulver als Material. Es ist ideal für die Herstellung von hochfesten Metallteilen, die in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik verwendet werden.

5. Elektronenstrahlschmelzen (EBM) #

Wie DMLS verwendet EBM ein Metallpulver, nutzt aber einen Elektronenstrahl als Wärmequelle. Es eignet sich besonders für Werkstoffe wie Titan und wird aufgrund seiner Festigkeit und Präzision häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik eingesetzt.

Warum Additive Fertigung? #

1. Flexibilität bei der Gestaltung #

Mit der additiven Fertigung können Sie Teile mit weitaus mehr Komplexität entwerfen als mit herkömmlichen Verfahren, einschließlich interner Geometrien wie Kanäle oder Gitterstrukturen. Der schichtweise Ansatz bietet eine größere Freiheit bei der Erstellung komplizierter Designs, die mit konventionellen Verfahren teuer oder unmöglich zu produzieren wären.

2. Geringerer Materialabfall #

Bei herkömmlichen Fertigungsverfahren fallen oft große Mengen an Ausschussmaterial an, insbesondere bei subtraktiven Verfahren. Die additive Fertigung ist viel effizienter, da nur das für jede Schicht benötigte Material verwendet wird, was die Abfallmenge verringert und die Nachhaltigkeit verbessert.

3. Kosteneffektiv für Kleinserienproduktion #

Während herkömmliche Verfahren wie das Spritzgießen teure Formen und Werkzeuge erfordern, kann AM für kleinere Chargen oder sogar einmalige kundenspezifische Teile kostengünstig sein. Dies macht es ideal für das Prototyping oder die Herstellung einzigartiger Komponenten, ohne dass hohe Investitionen erforderlich sind.

4. Schnelles Prototyping #

Einer der wichtigsten Vorteile der additiven Fertigung ist schneller Prototypenbau. Konstrukteure können ein Teil innerhalb weniger Stunden herstellen, testen, anpassen und erneut drucken - viel schneller als bei herkömmlichen Fertigungsverfahren, die für jede Konstruktionsänderung neue Formen oder Werkzeuge erfordern.

5. Kundenspezifische Anpassung in großem Maßstab #

Für Produkte, die einen hohen Grad an Individualisierung erfordern - ob es sich um ein einzelnes Teil oder eine kleine Serie handelt - ist der 3D-Druck hervorragend geeignet. Sie können Entwürfe leicht anpassen, ohne dass neue Formen oder Werkzeuge benötigt werden, und ermöglichen so individuelle und maßgeschneiderte Lösungen.

Erste Schritte im 3D-Druck #

Wenn Sie neu im 3D-Druck sind, finden Sie hier eine einfache Anleitung für die ersten Schritte:

Schritt 1: Wählen Sie den richtigen 3D-Drucker #

Die erste Entscheidung ist die Wahl des richtigen 3D-Druckers für Ihre Bedürfnisse. Berücksichtigen Sie dabei die Materialien, die Sie verwenden möchten, die Größe der Teile und den Detailgrad, den Sie benötigen. FDM-Drucker sind zum Beispiel erschwinglich und eignen sich für eine Vielzahl von Kunststoffen, während SLA-Drucker besser für hochpräzise Anwendungen geeignet sind.

Schritt 2: Entwerfen eines 3D-Modells #

Als Nächstes müssen Sie ein 3D-Modell des Teils oder Produkts erstellen, das Sie drucken möchten. Sie können es selbst mit einer CAD-Software wie SolidWorks, AutoCAD oder Tinkercad entwerfen. Wenn Sie noch keine Erfahrung mit CAD haben, gibt es viele einsteigerfreundliche Optionen, mit denen Sie beginnen können.

Schritt 3: Schneiden des Modells #

Nachdem Sie Ihr Design erstellt haben, muss es in Schichten zerlegt werden. Slicing-Software wie Cura oder PrusaSlicer wandelt das 3D-Modell in Maschinenanweisungen (G-Code) um. Außerdem können Sie damit Druckeinstellungen wie Schichtdicke, Geschwindigkeit und Stützstrukturen anpassen.

Schritt 4: Wählen Sie das richtige Material #

Welches Material Sie wählen, hängt von Ihrer Anwendung ab. PLA und ABS sind für das Prototyping beliebt, während für funktionale Teile spezielle Materialien wie Nylon oder Metallfilamente erforderlich sein können. Stellen Sie sicher, dass das gewählte Material mit Ihrem 3D-Drucker kompatibel ist.

Schritt 5: Druckvorgang starten #

Sobald alles eingerichtet ist, laden Sie das Material in Ihren Drucker, laden den G-Code hoch und beginnen mit dem Druck. Seien Sie geduldig, da der Prozess je nach Komplexität und Größe des Teils Stunden oder sogar Tage dauern kann.

Schritt 6: Nachbearbeitung #

Nach Abschluss des Druckvorgangs kann eine gewisse Reinigung und Nachbearbeitung erforderlich sein. Dazu kann das Entfernen von Stützstrukturen, das Abschleifen rauer Kanten oder das Aushärten von Kunststoffteilen gehören, um deren Festigkeit und Haltbarkeit zu verbessern.

Industrien, die Additive Fertigung einsetzen #

Luft- und Raumfahrt #

Die additive Fertigung ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreitet, um leichte und stabile Komponenten herzustellen, die auch hohen Belastungen standhalten. Teile wie Turbinenschaufeln, Halterungen und Triebwerkskomponenten können mit Materialien wie Titan und Aluminium 3D-gedruckt werden, was eine erhebliche Gewichtsreduzierung und Treibstoffeinsparung ermöglicht.

Gesundheitswesen #

Im Gesundheitssektor wird der 3D-Druck zur Herstellung von maßgeschneiderten Prothesen, Implantaten und chirurgische Werkzeuge. Die Möglichkeit, patientenindividuelle Produkte herzustellen, sorgt für eine bessere Anpassung und bessere Ergebnisse und macht die additive Fertigung zu einer wichtigen Technologie in der modernen Medizin.

Automobilindustrie #

Die Automobilindustrie nutzt die additive Fertigung für das Rapid Prototyping, die Herstellung von Funktionsteilen für Fahrzeuge und die Fertigung leichter Komponenten. Dies trägt zur Verbesserung der Fahrzeugleistung und zur Senkung der Produktionskosten bei.

Konsumgüter #

Von maßgefertigten Schuhen bis hin zu personalisiertem Schmuck - die additive Fertigung ermöglicht es Unternehmen, Produkte herzustellen, die auf individuelle Bedürfnisse zugeschnitten sind. Die Flexibilität im Design macht sie zu einer idealen Wahl für die Herstellung einzigartiger Verbraucherprodukte.

Schlussfolgerung #

Die additive Fertigung ist eine bahnbrechende Technologie, die zahlreiche Vorteile bietet, wie z. B. kundenspezifische Anpassung, schnelles Prototyping und Kosteneffizienz. Ob Sie nun in der Luft- und Raumfahrt, Gesundheitswesen, Automobil, oder Konsumgüter Sektoren kann die additive Fertigung dazu beitragen, die Produktion zu rationalisieren, Abfall zu reduzieren und neue Designmöglichkeiten zu erschließen. Mit der weiteren Entwicklung dieser Technologie wird sie eine noch bedeutendere Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der Fertigung spielen.