3D-Druck Zum Teufel mit der additiven Fertigung?

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Die additive Fertigung ist neben den konventionellen Verfahren wie Spritzguss und Fräsen eine noch recht junge Technologie. Sie spielt ihre Vorteile vorallem in der Prototypen- oder Ersatzteilfertigung aus. Doch oft scheitert ihr wirtschaftlicher Einsatz an fehlender Erfahrung. Doch diese Technologie kann weitaus mehr.

Weltweit sehen sich Hersteller mit einer Reihe von Herausforderungen konfrontiert, die sich aus makroökonomischen Trends und global geopolitischer Instabilität ergeben. Dieser externe Druck wirkt sich auf Lieferketten, die Verfügbarkeit von Arbeitskräften, die Kundennachfrage und die Energiepreise aus. Bei einer solchen Kombination von Herausforderungen gibt es leider nicht die eine einfache Lösung. Die Additive Fertigung kann als Technologie Unternehmen helfen, diese Herausforderungen heute zu bewältigen und bei der Entwicklung in der Zukunft zu unterstützen. „Die Additive Fertigung eröffnet neue Fertigungsmöglichkeiten, beispielsweise bei bewegliche Baugruppen, die direkt gedruckt werden können. Diese Vielfalt, die einem Konstrukteur als Werkzeug der additiven Fertigung zur Hand gelegt wird, steigert die Effektivität, Produktivität und Kreativität und beschleunigt die Entwicklungszyklen“, beschreibt Andreas Langfeld, EMEA Präsident von Stratasys, die Vorteile.

Additive Fertigung als weiteres Fertigungsverfahren ansehen

Bisher ist das Prototyping der klassische Anwendungsfall für den 3D-Druck, um die Entwicklungszeit zu verkürzen. Doch Additive Fertigung kann mehr und dafür muss ein Umdenken stattfinden, wie Andreas Langfeld findet: „Es geht vor allem darum, die Additive Fertigung als weiteres Fertigungsverfahren anzusehen, genauso wie konventionelle Technologien wie Fräsen und Spritzguss.“ Hierbei sei das Gedankengut noch zu abstrakt und noch zu viele Fragen rund um die Anwendung und das Wissen der Additiven Fertigung schwirrt in den Köpfen. „Hier müssen wird natürlich unseren Beitrag leisten und uns nicht als speziellen Markt sehen. Es ist fatal für uns einen Markt zu haben, den wir 3D-Druck oder Additive Fertigung nennen, denn es ist alles ein Produktionsmarkt“, betont Langfeld. Denn auch ein Prototyp kann mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden. „Hier sollte die Additive Fertigung als ein Verfahren akzeptiert werden. Das sie für manche Teile optimal passt und auf der anderen Seite für einige Teile nie Sinn machen wird, dann ist diese Akzeptanz genau da, wo man sie braucht, um dieses Umdenken zu beschleunigen“, sagt Langfeld.

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Kostengünstige Greifer für Roboterarme aus dem 3D-Drucker

Ein Beispiel, dass dies gelingen kann ist das Werk von Schneider Electric in Puente la Reina im spanischen Navarra. Das Unternehmen setzt den Stratasys F170 3D-Drucker für eine Reihe von Produktionsanwendungen ein: darunter Fließbandwerkzeuge, Werkzeuge und Vorrichtungen, Robotergreifer und andere Greif-Werkzeuge, die zuvor an Dritte ausgelagert und mit teuren Spritzguss- oder CNC-Verfahren hergestellt wurden. Vorher nutzte das Unternehmen verschiedenes Werkzeug aus Aluminium und nun verwendet sie die Stratasys Materialien PLA, ABS und ASA. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Greifern für Roboterarme. Mit Hilfe des 3D-Druckers F170 entdeckte das Team eine Methode, mit der sich nicht nur die Leistung der Roboter verbessern, sondern auch erhebliche Kosteneinsparungen erzielen lassen.

Sustainability-Effekt von Kunststoffen statt Metallen

„Bei Aluminiumteilen der Gussform ist es keine Seltenheit, dass sie bei einer Kollision zerbrechen; und dann wird der Ersatz sehr kostspielig”, erklärt Manuel Otamendi, Industrialization and Maintenance Manager - Global Supply Chain im Werk Puente la Reina von Schneider Electric. „Um das zu umgehen, können wir jetzt kostspielige Aluminiumgreifer für Roboterarme durch 3D-gedruckte Alternativen aus PLA ersetzen.”

Der Einsatz von Kunststoffen statt Metallen habe auch einen Sustainability-Effekt was den Abfall betreffe, wie Langfeld beschreibt. „Wenn Metall aus dem Block gefräst wird, entsteht Abfall. Bei der Additive Fertigung verursacht nur die Stützstruktur minimal Abfall“, erklärt er. So eröffne die Vielfalt der Kunststoffe ein großes Anwendungsspektrum, so auch bei den Metallen: Was heute beispielsweise aus Metall ist, kann morgen bereits aus Kunststoff gefertigt werden, weil es ökologischer und ökonomischer ist.

So bietet das 3D-gedruckte Werkzeug bei Schneider Electric die gleichen mechanischen Leistungsmerkmale wie das herkömmliche Werkzeug und dient dem Schutz von teureren Aluminiumteilen, wenn die Formen miteinander kollidieren. „Sollte das 3D-gedruckte Werkzeug brechen, können wir innerhalb weniger Stunden schnell einen kostengünstigen 3D-Druckersatz herstellen“, so Otamendi. Um einen Eindruck von den Kosteneinsparungen zu erhalten: Die Auslagerung eines zerspanten Greifers kostete das Unternehmen normalerweise etwa 200 Euro pro Werkzeug. Mit 3D-Druck kann es bedarfsgerecht für etwa 100 Euro pro Stück gefertigt werden.

Auch verschiedene Arten von kundenspezifischen Fließbandwerkzeugen - mit einem oder mehreren Hohlraumeinsätzen - hat Schneider Electric in 3D gedruckt. Die Werkzeuge halten wichtige Teile während des Produktionsprozesses an ihrem Platz. Eine weitere Anwendung sind die Werkzeuge für Handpressen: „Wir sind in der Lage, sowohl den unteren als auch den oberen Teil des Werkzeugs zu entwerfen und 3D-zudrucken, zugeschnitten auf jedes spezifische Endprodukt, um die Leistung zu steigern“, sagt Otamendi. So konnte das Werk allein in einem Jahr durch den Einsatz von FDM-basierten 3D-Druckern rund 20.000 Euro bei der Herstellung von Fließbandwerkzeugen einsparen.

Umdenken jetzt: Weg vom Prototypen hin zur Kleinserie

„Im Moment eignet sich die Additive Fertigung für kleine Stückzahlen, komplexe Bauteile und hochgradig individualisierte bzw. personalisierte Teile. Es gibt somit bestimmte Bereiche, da passt die Additive Fertigung wie die Faust aufs Auge, bei denen herkömmliche Verfahren wie Spritzguss oder Fräsen eher ungeeignet sind“, betont Langfeld. Es bestehe allerdings nach wie vor eine Art Barriere beim Umdenken: Wenn beispielsweise eine Million von Kleinteilen aus einer bestimmten Form benötigt werden, dann macht Additive Fertigung keinen Sinn. „Das ist auch so völlig korrekt, für eine sehr große Menge an Teilen ist nach wie vor Spritzguss am geeignetsten“, sagt der Experte.

Laut Langfeld muss ein Umdenken stattfinden: Weg vom Prototypen hin zur Kleinserie. Der Prototyp ist zwar der erste Schritt, aber mit der Kleinserie kann entschieden werden, ob in der Produktion die gewählte Methode, die Geometrie und die Beschaffenheit zum Erfolg führen. „Und diese optimale Kleinserie wird über die Additive Fertigung ermöglicht. Hierbei gibt es Verfahren und Kunststoffe, die den gängigen Verfahren die Stirn bieten, und dazu zählt die Additive Fertigung“, unterstreicht Langfeld. 

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