Additive Fertigung für den Shop Floor

Unter Additive Manufacturing oder 3D-Druck versteht man den schichtweisen Aufbau von Bauteilen und Komponenten aus virtuellen 3D-Daten. Dr. Kristian Arntz, Abteilungsleiter »Lasermaterialbearbeitung« am Fraunhofer IPT, erklärt, welche Herausforderungen die additiven Technologien mit sich bringen und was das Fraunhofer IPT Unternehmen anbieten kann, die in diesen Markt einsteigen wollen.

Welches sind die wichtigsten Charakteristika, die Unternehmen beim Einsatz von Additive-Manufacturing-Verfahren beachten sollten?

Der schichtweise Aufbau erlaubt eine sehr große Geometriefreiheit: Baumartige Strukturen, Hohlräume oder innenliegende Gitterstrukturen sind mit den additiven Verfahren möglich, beispielsweise um leichtere und haltbarere Bauteile herzustellen. Materialvielfalt, Präzision und Oberflächenqualität der Bauteile sind aber vergleichsweise gering, was den Einsatz wiederum einschränkt. Die Produktivität der Verfahren hängt von Größe, Werkstoff und Geometrie der Bauteile ab. Vereinfacht gilt: Je einfacher und größer ein Bauteil ist, desto weniger lohnt sich der 3D-Druck. Sobald die geforderten Stückzahlen größer werden, sind die additiven Verfahren klar im Nachteil. Neue Entwicklungen werden dieses Manko reduzieren, trotzdem sind Stückzahlen wie in der Automobilindustrie kaum zu erreichen. Auch die Umweltfreundlichkeit lässt sich nicht einwandfrei belegen – schließlich müssen die Ausgangsmaterialien aufwändig hergestellt werden, häufig mit hohem Energieeinsatz

Eignen sich additive Verfahren dann überhaupt für eine Serienfertigung?

Die aufgezeigten Punkte zeigen bereits, dass der 3D-Druck nicht als Ersatz für die klassische Produktion angesehen werden sollte. Vielmehr bereichert er die Produktion. Das bedeutet: Der intelligenten Kombination von Produktionsverfahren untereinander und deren Integration in übergreifende Wertschöpfungsketten gehört die Zukunft. Dabei geht es um Vernetzung und Anpassungsfähigkeit für individuellere Produkte. Am Beispiel von Ersatzteilen lässt sich dies verdeutlichen: Kleine, unregelmäßig abgerufene Stückzahlen sind prädestiniert für den 3D-Druck. Zudem lassen sich vorgefertigte Produkte individuell anpassen. Beides stellt neue Anforderungen an die Fertigung – bis hin zu autonomen Fertigungseinheiten, die nah am Kunden produzieren oder Standardbauteile funktionalisieren.  

Was kann das Fraunhofer IPT Unternehmen anbieten, die mit dem Gedanken spielen, Additive Manufacturing in ihre Fertigung zu integrieren?

Das Fraunhofer IPT verfügt schon heute über umfassende Kenntnisse und Erfahrungen mit einer Vielzahl an Fertigungsverfahren und kennt vor allem ihre Möglichkeiten, aber auch ihre Grenzen. Mit dieser Komptenz beraten wir Unternehmen auch hinsichtlich der additiven Verfahren – nicht zuletzt, ob und wie sie in die entsprechenden Prozessketten integriert werden können. Dabei betrachten wir die gesamte Wertschöpfungskette, bewerten die neuen vor dem Hintergrund der bestehenden Prozessketten und helfen bei der Technologieauswahl. Die einzelnen Verfahren betrachten wir dabei immer im Gesamtkontext der jeweiligen Prozesskette – also im Sinne eines ganzheitlichen Ansatzes in der Produktionstechnik. Dabei berücksichtigen wir die additiven Fertigungsverfahren als ein potenziell vorteilhaftes Element in der Prozesskettengestaltung und -optimierung, also nicht im Sinne einer einfachen Standalone-Betrachtung der generativen Verfahren. Auf diese Weise gewinnen wir realistisches Bild der gesamten industriellen Fertigungsprozesskette bei unseren Kunden und bringen die additiven Verfahren dort, wo es wirklich sinnvoll ist, zeit- und kostensparend auf den Shop Floor.