bayern Metall 03/2024

Additive Fertigung – welche Vorteile
bringt sie und wie lässt sie sich optimieren?
Wurden zu Beginn vornehmlich Prototypen gefertigt, kommt die additive
Fertigung heute in vielen Branchen zur (Klein- und Mittel-)Serienherstellung
zum Einsatz. Welche Vorteile bietet die Technologie und wie lässt
sie sich optimieren?
Viele verschiedene Begriffe –
ein Thema
Additive Fertigung oder 3D-Druck bietet
vollkommen neue Möglichkeiten.
Beim L-PBF-Verfahren (Laser Powder
Bed Fusion) baut sich das Werkstück
Schicht für Schicht auf. Der Laser
schmilzt dabei das zu verarbeitende
Material in Pulverform auf. Dadurch
wächst das Bauteil sinnbildlich im 3D-
Effekt in die Höhe. Im Gegensatz zur
Zerspanung aus dem Vollmaterial
(subtraktive Methode) kann bei der additiven
Fertigung konturnah gedruckt
werden. Neben dem Pulverbett gibt es
auch achsen- oder robotergeführtes
Auftragschweißen (Laser Metal Deposition
[LMD] oder Directed Energy Deposition
[DED]) sowie weitere Verfahren
wie das Elektronenstrahlschmelzen
(EBM), Binder Jetting, Cold Metal Fusion
u.v.m.
(Design-)Technische Vorteile der
additiven Fertigung
Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit
zur Herstellung komplexer
Geometrien wie Gitterstrukturen, Funktionsintegrationen
oder innenliegende
Hohlräume. Für den Leichtbau lassen
sich mit der Finite Elemente Methode
(FEM) sowie durch Topologie Optimierung
Material, Gewicht und schlussendlich
Kosten einsparen. Ein weiterer
Vorteil ist die Baugruppenzusammenführung.
Mit möglichst wenigen Bauteilen
können möglichst viele technische
Funktionen abgedeckt sowie auf
kritische Fügetechnologien verzichtet
werden. Zudem lassen sich schwer
zerspanbare Materialien verarbeiten,
getreu dem Motto „Einfach Drucken
statt Zerspanen“. Prototypen können
schnell und einfach hergestellt werden,
um so das Bauteil für die Serienfertigung
zu optimieren. Auch das Ersatzteilmanagement
von morgen sieht
durch die additive Fertigung vollkommen
anders aus. So wird gedruckt,
was gebraucht wird, wann es gebraucht
wird und wo es gebraucht
wird. Das Auftragschweißen bietet
spezielle Vorteile z. B. durch hybride
Bauweisen. Bislang inkompatible
Werkstoffe lassen sich aufschweißen,
wodurch ein Rohling konventionell gefertigt
und dann entsprechend individualisiert
werden kann. Im Falle einer
Reparatur scannt ein Linienscanner
das defekte Bauteil ein. Der im CAD
durchgeführte Soll-Ist-Vergleich vermerkt
die beschädigten/verschlissenen
Stellen, sodass diese im Anschluss
einfach aufgeschweißt werden können.
Weiterhin sorgt das Beschichten
mittels Hochgeschwindigkeitsschweißen
für bessere Oberflächeneigenschaften,
Hitze- und/oder Korrosionsbeständigkeit
der Bauteile.
Monetäre und logistische
Vorteile von AM
Neben dem Pulverbett gibt es auch achsenoder
robotergeführtes Auftragschweißen,
LMD. (Fotograf: Ralf Baumgarten, Quelle:
toolcraft AG)
Nicht nur in Sachen Konstruktion revolutioniert
die additive Fertigung die
Produktion. Die Technologie bietet
auch monetäre und logistische Vorteile.
An erster Stelle steht für viele Unternehmen
die Möglichkeit, den Umsatz
zu steigern. Die Integration des 3D-
Drucks in die vorhandene Fertigung
bietet ein enormes Innovationspotenzial.
Bestehende Grenzen werden überwunden,
was nicht selten zum Erschließen
neuer Märkte, Branchen und
Kunden führt. Die additive Fertigung
zeichnet sich durch Schnelligkeit und
Flexibilität aus. So können Produkteinführungen
erheblich beschleunigt werden,
wodurch die Kosten sinken. Kürzere
Durchlaufzeiten führen zu schnelleren
Lieferzeiten. Die Herstellungskosten
lassen sich auf vielfältige Weise
durch den Einsatz der additiven Fertigung
reduzieren. Mit dem „First Time
Right“-Prinzip liefert bereits der erste
Druck optimale Bauteile. Geringe
Stückzahlen lassen sich sehr wirtschaftlich
abbilden. Auch bei der indirekten
Fertigung zahlt sich die Technologie
aus. Hilfsmittel, Formen, Sonderwerkzeuge,
Spannvorrichtungen etc.
müssen nicht zugekauft werden, sie
können einfach an Ort und Stelle gedruckt
und passend zur Anforderung
konstruiert werden. Durch die „On
Demand“-Fertigung reduzieren sich
die Lagerhaltungskosten nicht nur für
Hilfsmittel und Werkzeuge, sondern
entsprechend auch für Fertigteile. Weniger
Transportkosten aufgrund der
dezentralen Fertigung additiver Bauteile
sind nicht nur ein monetärer und logistischer
Vorteil, sondern kommen als
nachhaltige Lieferketten auch der Umwelt
zugute.
Digitale Überholspur für die
additive Fertigung
Um die Schnelligkeit und Flexibilität
der additiven Fertigung zu gewährleisten,
bedarf es einer durchgängigen digitalen
Prozesskette. Lange Zeit waren
verschiedene Softwaresysteme bei
den einzelnen Prozessschritten im Einsatz.
Dies führte zu einem teilweise
langwierigen Daten- und Fertigungsprozess.
Mit Siemens NX lässt sich der
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