Additive Fertigung

Ursprünglich für den Einsatz in den 1970er Jahren entwickelt, hat sich die additive Fertigung seit ihren Anfängen stark weiterentwickelt und ermöglicht heute den Einsatz von Präzisionsprodukten für den privaten und industriellen Gebrauch in fast allen denkbaren Bereichen. Die Beispiele reichen von einer Heißklebepistole bis hin zu einem präzisionsschneidenden Elektronenstrahl.

Was ist Additive Fertigung?

Die additive Fertigung ist am besten als das Gegenteil der subtraktiven Fertigung zu verstehen. Subtraktive Fertigung ist so etwas wie Schnitzen oder Steinmetzarbeiten, bei denen der Arbeiter dem Material mit einem scharfen Werkzeug geschickt Masse entzieht und schließlich einen brauchbaren Gegenstand formt.

Um die Analogie fortzusetzen: Bei der additiven Fertigung wird einem anderen Material mehr Masse hinzugefügt, um ein brauchbares Objekt von größerer Dimension zu schaffen.

Bei der additiven Fertigung wird eine sehr dünne Materialschicht querschnittsweise übereinander gelegt ("gedruckt"), um ein 3D-Objekt zu schaffen. Obwohl dieses Verfahren den Eindruck erweckt, etwas aus dem Nichts zu erschaffen, sind die hochpräzisen Druckmaschinen genau darauf abgestimmt, die verschiedenen Teile der Struktur auf molekularer Ebene zu erhitzen und abzukühlen, damit die Schichten miteinander verschmelzen und sich verfestigen.

Die vorteilhaften Anwendungen der additiven Fertigung

Ist Ihnen schon einmal ein Lieblingsgerät oder ein Möbelstück plötzlich kaputt gegangen? Einen Ersatz zu kaufen, geht einfach nicht - das gesamte Produkt ist entweder zu teuer oder zu wertvoll für den Benutzer, um ersetzt zu werden; das Lieblingsstück kann auch eingestellt werden, und ersetzbare Teile sind nicht mehr erhältlich!

*An dieser Stelle kommt der 3D-Druck als Retter in der Not ins Spiel.

Mit der additiven Fertigung kann fast jedes austauschbare Teil, das sich abnutzt oder ausfällt, zu einem vernünftigen Preis nach Maß gefertigt werden. Dies hat zu einer neuen Begeisterung für das Recycling, den Ersatz und die umfassende Versorgung mit spezifischen mechanischen Teilen sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich geführt.

Hier sind einige Beispiele für die unendlichen Möglichkeiten der additiven Fertigung:

• Maßgefertigte Teile für spezielle Projekte, die sich sonst für ein Unternehmen nicht rentieren würden
• Bis zu 90 % weniger Materialabfall im Vergleich zur subtraktiven Fertigung
• Verwendung von umweltfreundlichen, biologisch abbaubaren Kunststoffen
• Präzises geometrisches Design und Physik
• Fördert die visuelle Gestaltung bei der Problemlösung für Ingenieure
• Erhöhte Zugänglichkeit für Einzelpersonen zur Herstellung und Reparatur von Gegenständen
• Ermöglicht kreatives Lernen und Unterrichten
• Verlängert die Lebensdauer von Maschinen, sogar von Maschinen, die im Handel nicht mehr erhältlich sind
• 3D-gedrucktes Fleisch kann dazu beitragen, die angespannte Nachfrage der Lebensmittelindustrie nach tierischen Proteinen zu lösen
• Lebensrettende Wearables für die Gesundheitsfürsorge sind billiger und für den Durchschnittsbürger besser verfügbar
• Die Fähigkeit, hochkomplexe, perfekt gemessene geometrische Formen zu erstellen
• Rapid Prototyping ermöglicht eine effektivere und kosteneffizientere Forschung und Entwicklung

Die Vorteile und Anwendungen sind fast nicht mehr aufzuzählen. Eine der dringlichsten Lösungen, die die additive Fertigung in letzter Zeit bot, war eine Antwort auf den PSA-Mangel zu Beginn der COVID-Pandemie. Als die Versorgungsketten nicht in der Lage waren, PSA kurzfristig zu liefern, begannen Einzelpersonen mit dem 3D-Druck von Teilen und neuen tragbaren Lösungen für die Menschen an der medizinischen Front, was dazu beitrug, die internationale Knappheit zu lindern.

Die Gefahren der additiven Fertigung

Wie bei jeder neuen Technologie werden innovative Zukunftsperspektiven durch die damit verbundenen Risiken abgeschwächt. Bei der additiven Fertigung sind die Risiken eines verstärkten Einsatzes dieser Technologie in gewisser Weise einzigartig:

Erstens besteht die Gefahr, dass die Standards für geistiges Eigentum untergraben werden. Wenn jemand denselben 3D-Drucker hat wie ein anderer, kann er dessen Produkte relativ leicht kopieren. Dies hat jedoch den gegenteiligen Effekt, wenn es um die Preisgestaltung bei patentierten Teilen geht; das Wissen und die einfache Nachahmung von Produkten können dazu beitragen, überhöhte Kosten zu senken, die von bürokratischen Behörden oder Unternehmen auferlegt werden.

Zweitens besteht das Risiko der Qualitätskontrolle, wenn es um die Sicherheit geht. Aufgrund der besseren Zugänglichkeit der additiven Fertigung und der geringeren Vorlaufkosten setzen sich einige Personen über die persönliche Verantwortung und die Bundesgesetze hinweg.

So wächst beispielsweise die Besorgnis, dass mit der Verbesserung der 3D-Drucktechnologie auch die Möglichkeit für Einzelpersonen zunimmt, Registrierungsgesetze zu umgehen und ihre eigenen Schusswaffen und Waffenteile zu drucken.

Dies ist nicht nur im offensichtlichen Sinne gefährlich, sondern das Fehlen von Qualitätsprüfungen in diesem Szenario würde auch eine höhere Wahrscheinlichkeit von Produktfehlern bedeuten, was zu noch mehr Risiken für Gesundheit und Sicherheit führen würde. Das gleiche Problem besteht in der Gesundheitsbranche: Wenn bestimmte Teile für medizinische Geräte massenhaft in 3D gedruckt werden, um leichter zugänglich und erschwinglich zu sein, müssen sie auch die größtmögliche Gewähr für Haltbarkeit und hohe Leistung bieten.

Die 7 Arten der additiven Fertigung

Es gibt sieben Arten der additiven Fertigung, auch wenn sich mit der Verbesserung der Technologie auch die Kategorisierung und Benennung mit der Innovation ändert.

1. Binder Jetting

Bei dieser Art des 3D-Drucks werden Schichten aus pulverförmiger Keramik oder Metall im Querschnitt mit einem tintenstrahlähnlichen Verfahren mit einer klebenden Bindelösung versehen.

2. Gerichtete Energieabscheidung (DED)

Bei dieser Art der additiven Fertigung wird ein Laserstrahl verwendet, um Metallstücke (oder Metallpulver) zu einer Materialschicht zu schmelzen. Zu dieser Kategorie gehören auch das Metall-Lichtbogenschweißen und die Freiformfertigung mit einem Elektronenstrahl.

3. Materialextrusion

Die bekannteste Form der zugänglichen additiven Fertigung ist die Materialextrusion, bei der Kunststofffilamente in dünnen Schichten aufgetragen werden, um ein Endprodukt herzustellen. Dies geschieht mit einer Fused-Filament-Fabrication-Maschine (FFF). Diese Art von AM-Maschine ist kostengünstig (einige Hundert Dollar) und kann für Heimanwendungen verwendet werden, hat aber große Einschränkungen hinsichtlich der Größe, Ausrichtung und dauerhaften Funktionalität der Objekte, die sie herstellen kann.

4. Pulverbettschmelzen

Bei dieser Technik werden Metalle und Polymere durch Lasersintern, Laserschmelzen und Elektronenstrahlschmelzen miteinander verschmolzen. Die Verschmelzung erfolgt in einem Granulatbett, das eine bessere temporäre Unterstützung bietet.

5. Folienkaschierung

In diesem Bereich der additiven Fertigung werden billigere Materialien wie Papier, Kunststoff und Metalle mit Klebstoff in dünnen Schichten zusammengeklebt und bis zur Verklebung fest gepresst. Mit einer Wolframklinge können letzte Feinschnitte am Endprodukt vorgenommen werden.

6. Stereolithographie

Die Stereolithografie, auch "Kübelpolymerisation" genannt, ist ein Verfahren, bei dem flüssiges Material - z. B. Harze - mit Hilfe von ultraviolettem (UV-)Licht zu einem festen Material ausgehärtet wird. Die kontrollierte Lichteinwirkung bewirkt eine Polymerisation; zwischen den Schichten des hinzugefügten Materials bilden sich kovalente Bindungen, die das Produkt verstärken.

7. Material-Jetting

Diese Technik der additiven Fertigung ist dem Binder Jetting sehr ähnlich, doch wird bei dieser Variante das Material tröpfchenweise in einer wachsähnlichen Schicht direkt auf das zu produzierende Objekt aufgetragen, ohne dass ein Granulatbett aus Pulver als Träger dient. Diese Methode ist im Vergleich zu anderen relativ kostengünstig, führt aber zu einem schwächeren Endobjekt.

Wie man das richtige additive Fertigungsverfahren auswählt

Die additive Fertigung ist von Natur aus ein Joker, der fast jede Aufgabe erfüllen kann. Aus diesem Grund ist es am besten, logisch rückwärts zu arbeiten.

Mit anderen Worten: Fragen Sie sich nicht, was Sie tun können, um mehr additive Fertigung zu fördern, sondern was die additive Fertigung für Sie tun kann.

Sicherlich können Sie alle Ihre Industriemaschinen mit den neuesten Versionen von 3D-Druckern aufrüsten, aber die beste Perspektive auf die additive Fertigung ist, sie wie ein Schweizer Taschenmesser zu betrachten, das in fast jedem Szenario eingesetzt werden kann, das eine maßgeschneiderte, individuelle Lösung erfordert.

Denken Sie auch über den Tellerrand - äh, das 3D-Druckbett - hinaus, wenn Sie Lösungen in Erwägung ziehen, denn man weiß nie, wann eine neue 3D-Anwendung eine völlig neue Methode der additiven Fertigung katalysiert, also experimentieren Sie ruhig!