Phönix aus der Asche: Additive Fertigung ist so beliebt wie nie
Viele glaubten den 3D-Drucker schon im Land der tragbaren DVD-Player und Mini-Discs. Augmented Reality, Künstliche Intelligenz und die Blockchain waren die Technologie-Trends der letzten Jahre und drängten die additive Fertigung in den Hintergrund. 2019 sieht das wieder anders aus. Doch wer jetzt denkt, der 3D-Druck würde sein Comeback erleben, der irrt – denn er war nie wirklich weg.
Wie sich die additive Fertigung, also die Methode des 3D-Drucks, für die Zeit nach dem Hype gerüstet hat, wie die Technologie mittlerweile eingesetzt wird und warum vor allem Startups den Schritt ins Additive Manufacturing wagen sollten.
„Die Produkte kommen zügiger auf den Markt”
Immer häufiger ergänzt oder ersetzt der dreidimensionale Druck herkömmliche Prozesse – Medizintechnik, Automobilindustrie oder die Luft- und Raumfahrt setzen bereits seit Jahren auf die Technologie, um so ihre Prozesse zu optimieren. Schließlich ist der größte Vorteil der additiven Fertigung die enorme Zeitersparnis. „Gerade in der Automobilindustrie läuft die gesamte Entwicklung werkzeuglos und dadurch deutlich schneller ab, die Produkte kommen zügiger auf den Markt“, sagt Tobias King, Director Marketing & Applications bei des 3D-Drucksysteme-Herstellers voxeljet aus Friedberg bei Augsburg. Formensätze für Turbolader etwa werden innerhalb von einer Woche gedruckt, dann getestet und anschließend gegebenenfalls noch einmal am Computer modifiziert. Die dazugehörigen CAD-Daten passen die Entwickler mit einigen Klicks digital an.
Das entsprechende Programm berechnet die verschiedenen Ebenen, der 3D-Drucker baut sie Schicht für Schicht auf . Material wird nur dort verbunden, wo es gebraucht wird oder als Stützstruktur notwendig ist. Dadurch bietet sich Entwicklern, Ingenieuren oder auch Architekten eine neue Vielfalt geometrischer Formen. Gerade kleinste Stückzahlen oder Einzelteile etwa für Prototypen lassen sich so kostengünstig produzieren, validieren und dann in die Serienproduktion überführen.
Häufig gehen additive Fertigung und konventionelle Techniken Hand in Hand. „Für uns bietet die Methode der additiven Fertigung interessante Perspektiven, insbesondere bei der Ergänzung unserer Fertigungsverfahren“, sagt Cesare Troglio, Leiter des Bereichs Technik und Innovation im Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG). Viele Gießereien nutzen das Verfahren entweder zur Herstellung von Formen oder von Modellen und Werkzeugeinsätzen. Dabei kombinieren sie die additive Fertigung mit den bewährten Gießverfahren.
Neue Chancen – und Herausforderungen – dank der Elektromobilität
Vor allem die Elektromobilität und die Leichtbauweise in der Automobilindustrie bringen neue Chancen und Herausforderungen für das Additive Manufacturing mit sich. So hat eine vom BDG initiierte Studie herausgefunden, dass zwar manche Motorkomponenten für die Gießerei-Unternehmen durch die neuen Antriebskonzepte wegfallen werden, die Gussproduktion insgesamt für Hybrid- und Elektro-Antriebe jedoch erst einmal zunehmen wird.
Und auch hier kommt wieder die Additive Fertigung ins Spiel: Gerade bei Elektromobilen spielt das Thermomanagement sowohl des Motors als auch der Batterie eine große Rolle. Die notwendigen Temperierkanäle kommen aus der Gießerei. „Dafür sind komplexe Hohlräume notwendig, die sich durch Umformen oder Schweißen nicht herstellen lassen“, erklärt Troglio. Die additive Fertigung liefere hier zusätzliches Potential zur optimalen Gestaltung der neuen Komponenten.
Warum der 3D-Druck trotz allem kein Allheilmittel ist
„Additive Fertigung“, so Fertigungsexperte Franz-Josef Wöstmann vom Fraunhofer Institut IFAM in Bremen, „ist Ergänzung, nicht Substitution.“ Zu hoch seien zum Teil noch die Kosten für additiv gefertigte Bauteile, meint auch Troglio. Viele 3D-Drucker geraten spätestens dort an ihre Grenzen, wo sich mit konventionellen Fertigungsverfahren hohe Stückzahlen wirtschaftlich erzielen lassen. Außerdem fehlt es hier an den entsprechenden Fachkräften.
Für Gründer oder junge Unternehmen ist die additive Fertigung aber die ideale Spielwiese.
Nicht nur im Bereich der Konstruktion, auch in der Simulation, Software oder als Dienstleistung im Engineering eröffnen sich neue Möglichkeiten. Startups könnten Anlagenherstellern dabei helfen, ihre Verfahren weiterzuentwickeln – dabei geht es vor allem um Themen wie Prozesskontrolle und Automatisierung. Manche Anbieter verkaufen ihre Drucker offen ohne Material, sodass sich an einem Tag mit Nylonfaden und am nächsten Tag mit Schaumstoff arbeiten lässt. Eine weitere Option für Startups: Man schließt sich mit einem Materialhersteller zusammen und entwickelt ein völlig neues Produkt. Als Dienstleistung und um den Cashflow sicherzustellen, könnten Gründer wie eine Art Copy-Shop das Drucken anbieten – schließlich muss und kann nicht jeder ein solches Gerät besitzen.
3D-Erfolgsstory: vom Spin-off zum global führenden Hersteller
Wie sich ein Startup zum großen Player weiterentwickeln kann, zeigt voxeljet. Die Firma arbeitet mit Inkjet-Druckköpfen, die den Bürodruckern durchaus ähneln. Davon lassen sich industrielle Druckmodule aneinanderreihen, um sowohl die Druckraten zu erhöhen als auch die Bauräume zu vergrößern. Aktuell liegt das Maximum hier bei acht Kubikmetern. „Dafür brauchen wir etwa zwei Tage“, erklärt King. Allerdings läuft das „Auspacken“ der Teile und das Entfernen von unverdrucktem Sand noch von Hand – noch. Denn wenn es nach den Bayern geht, hat das bald ein Ende: Auf der Messe GIFA Ende Juni in Düsseldorf will das einstige Spin-off der Technischen Universität München ein neues Konzept vorstellen. „Ein Meilenstein für die additive Industrie“, ist King überzeugt.