Was ist Additive Fertigung?

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Autoren
Jenny Schön

aktualisiert am: 21.11.2019 - 14:20:58
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Was ist/sind Additive Fertigung? Definition:

Additive Fertigung bezeichnet alle Fertigungsverfahren, bei denen das Material computergesteuert Schicht für Schicht aufgetragen wird, um ein dreidimensionales Objekt oder Werkstück zu erhalten. Der 3D-Druck ist ein Teilbereich.

Auch oft gesucht: 3D-Druck, Additive Manufacturing, Generative Fertigung, Rapid-Technologie


Additive Fertigung



Additive Fertigung und 3D-Druck

Die Additive Fertigung (Generative Fertigung, Additive Manufacturing) wird häufig als Synonym für den 3D Druck verwendet, obwohl der 3D-Druck streng genommen nur ein Teilbereich ist. Die Additive Fertigung bezeichnet alle Fertigungsverfahren, bei denen Schicht für Schicht Material aufgetragen wird und somit ein dreidimensionaler Gegenstand entsteht. Notwendig für die schichtweise Erstellung sind CAD/CAM Daten. Es können fest und flüssige Werkstoffe wie Kunststoffe, Keramik, Metalle... verwendet werden. Beim Aufbau kommt es zu Schmelz- und Härtungsprozessen.

Mit dem 3D-Druck werden dreidimensionale Objekte mit einem 3D-Drucker gedruckt. Obwohl man von "Druck" redet, versteht man unter 3D-Druck mehr als nur das Aufbringen von Material auf ein Trägermaterial. Kombiniert mit Lasertechnologie, lässt sich Aluminium-Pulver z.B. zu einem Aluminium-Gegenstand schmelzen.

3D-Druck wird in den nächsten Jahren die gesamte Produktion so massiv ändern, dass man von einer Revolution sprechen kann. Schon heute wurden erste Häuser und Autos gedruckt.

Mit dem 3D-Druck können Objekte entstehen, die zu deutlich geringeren Kosten hergestellt werden können. Da Konstruktionen auch einfacher sein können, sind die gedruckten Objekte leichter als über den konventionellen Weg. Auch die Umwelt wird aufgrund geringerer Schadstoffemissionen im Produktionsprozess weniger belastet.

Beim 3D-Druck wird ein 3D-CAD-Körper in einzelne Schichten unterteilt und beispielsweise Vektoren eines Laserstrahls für jede Schicht errechnet. Die Schichtstärke liegt in der Regel zwischen 15 und 150 µm.

Vorteile der Additiven Fertigung

Ein ganz klarer Vorteil ist, dass die Additive Fertigung bei Konstruktion, Design und Fertigung offen für Neues ist. Wenn die konventionelle Fertigung nicht mehr umsetzbar ist, kann mit Additiver Fertigung neue Lösungen gefunden werden, zum Beispiel, dass die Konstruktion die Fertigung bestimmt (nicht umgekehrt wie meistens in der Industrie). Mit der Additiven Fertigung sind hoch komplexe Strukturen leicht und stabil umsetzbar. Weitere Vorteile sind die Designfreiheit, Optimierung und Integration von Funktionen, Erstellung kleiner Stückzahlen zu normalen Stückpreisen sowie hohe Individualisierung von Produkten sogar in der Serienfertigung.

Funktionsprinzip

Wenn die CAD-Daten des 3D-Modells vollständig erstellt und geprüft wurden, wird die erste dünne Pulverschicht auf der Bauplattform aufgetragen. An den Stellen, die durch die computergenerierten Konstruktionsdaten vorgesehen sind, wird das Pulver von einem Laserstrahl geschmälzt. Die Fertigungsplattform, auf der das Modell später entsteht, wird abgesenkt und ein weiteres Pulver wird aufgetragen. Das Pulver wird wieder aufgeschmolzen und koaliert an den vorgegebenen Stellen mit dem darunterliegenden Pulver. Dann wird die Plattform wieder abgesenkt. Dieser Prozess wiederholt sich, bis das Bauteil vollständig erstellt ist. Am Ende wird die Pulverschicht, die nicht verschmolzen ist entfernt und das Bauteil ist fertig.

3D-Drucker - DLP

Fertigungsverfahren

  • Direktes Metall-Lasersintern
  • Selektives Laserschmelzen
  • Elektronenstrahlschmelzen (EBM)
  • selektives Lasersintern
  • Fused Deposition Modeling (auch Fused Filament Fabrication - FFF)
  • Laserauftragschweißen mittels eines Dioden- oder Faserlasers
  • Stereolithografie/SLA Drucker
  • Film Transfer Imaging (FTI)
  • Digital Light Processing (DLP)
  • Multi (Poly)Jet-Modeling ähnelt dem Verfahren von Tintenstrahldruckern.

Anwendungsgebiete Additive Fertigung

Anwendungsgebiete 3D-Druck im industriellen Umfeld

Da durch den 3D-Druck Bauteile hergestellt werden können, die so vorher nicht möglich waren, bildete der 3D-Druck schnell seine eigene Nische. Inzwischen wird das Verfahren aber auch noch umfassender eingesetzt.

Mass Customization

Die Mass Customization (MC, kundenindividuelle Massenproduktion) beschreibt die Massenproduktion eines Produkts, dass auf die Kundenwünsche angepasst wird. Was früher ein Widerspruch war, kann heute durch den 3D-Druck realisiert werden. Im Bereich des kundenindividualisierten Schmucks ist die MC durch den 3D-Druck besonders beliebt geworden.

Rapid Prototyping

Rapid Prototyping (RP) bezeichnet die schnelle Produktion dreidimensionaler Modelle mit Hilfe digital erstellter CAD-Daten durch 3D-Drucker. Mit dem Rapid Prototyping haben Unternehmen die Möglichkeit unkompliziert und schnell Prototypen anzufertigen. So müssen nicht Teile speziell für den Prototypen angefertigt werden, was viel Zeit und Geld in Anspruch nehmen würde. Die Prototypen werden zur Überprüfung der CAD-Daten und 3D Modelle genutzt. Betrachtet werden dabei Aspekte wie Maße, Passgenauigkeit sowie thermische und mechanische Belastbarkeit. Inzwischen gibt es weitere Anwendungsgebiete des RP: Das Rapid Tooling bezeichnet die Herstellung von Werkzeugen, das Rapid Manufacturing beschreibt die Produktion von Klein- und Kleinstserien.

Heimanwendung

Zuhause kann man mit einem 3D-Drucker Schmuck, Spielzeug oder Becher und Schalen herstellen. Komplexe Strukturen oder belastbare Gegenstände sind dagegen mit einem professionellen Gerät zu realisieren. 3D-Drucker für die Heimanwendung verwenden meistens Polylactide (PLA) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) als Material.

Automobilbranche

Schon seit mehr als einem Jahrzehnt wird das Rapid Prototyping mit 3D-Druck sowie Lasersintern und -schmelzen für die Automobilindustrie immer bedeutender. Bei der Erstellung von Einzel- oder Kleinserienteilen ist die Technologie kaum zu schlagen. Dies liegt vor allem daran, dass sie keine zusätzlichen teuren Maschinen braucht, ein hohes Maß an Individualisierung mit komplexen Geometrien möglich ist und der ganze Vorgang vergleichsweise schnell geht.

Besonders bei kleinen und kleinsten Stückzahlen und im Leichtbau bietet der 3D-Druck Chancen für die Automobil- oder auch Luftfahrtindustrie. so werden beispielsweise jetzt schon für die Formel-1 Turbinenschaufeln mit Hohlraum gedruckt um Gewicht zu sparen. Die Herstellung solcher Teile wäre mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich.

Bauwesen

Beim Bau von Häusern kommen 3D-Drucker beim erstellen des Rohbaus zum Einsatz. Pläne können am Computer erstellt werden, dann in Steuerungsdaten für den 3D-Druck verarbeitet und an einen 3D-Drucker in form eines vollautomatischen Roboters weitergeleitet. Dieser erstellt dann das Gebäude.

Labore

In den Bereichen Chemie, Biologie und Physik werden 3D-Drucker in Laboren verwendet, um komplexe Reaktionsgefäße, Minireaktoren oder Messröhrchen herzustellen.

Hersteller

Protolabs
Das Unternehmen Protolabs bietet 3D-Druck für Prototypen oder Kleinstserien an. Es können 1 oder über 50 Teile angefordert werden als Rapid-Prototyping und Serie.

Dienstleister

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