Additive Fertigung

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Verfahrensschritte der Additiven Fertigung

Die Additive Fertigung (oder Additive Manufacturing, AM) ist ein recht junges Fertigungsverfahren, bei dem ein Bauteil schrittweise, also additiv, aufgebaut wird. Im allgemeinen Sprachgebrauch hat sich der Begriff 3D-Druck durchgesetzt, obwohl dieser ursprünglich ein spezielles Verfahren der Additiven Fertigung beschreibt. Da nur das Bauteil selbst und ggf. einige Stützstrukturen erzeugt werden, ist die Additive Fertigung besonders ressourceneffizient. Anders als beispielsweise bei Subtraktiven Verfahren wie dem Fräsen, werden keine speziellen Werkzeuge für die Erzeugung unterschiedlicher Bereiche eines Bauteils benötigt. Es gibt verschiedene AM-Verfahren, die sich in der Art der Schichterzeugung und den Eigenschaften der hergestellten Bauteile unterscheiden. Die Vielzahl der Verfahren ermöglicht die Verwendung eines breiten Spektrums von Werkstoffen. Angefangen mit Kunststoff und Metall können heute bereits einige Anlagen Glas, Keramik, Wachs und Verbundwerkstoffe verarbeiten.

 

Unabhängig von dem speziellen Additiven Fertigungsverfahren besteht die Prozesskette aus einigen charakteristischen Schritten.  Zunächst wird ein 3D-Datensatz des Bauteils benötigt. Dieser kann entweder mit einem CAD-Programm (computer-aided design) oder durch den Scan eines bestehenden Bauteils (Reverse Engineering) erzeugt werden. Anschließend unterteilt eine Slicer genannte Software das 3D-Modell in meist horizontale Schichten und fügt abhängig vom AM-Verfahren noch Stützstrukturen ein. Der maschinenlesbare Code wird dann an den 3D-Drucker übermittelt. Die Anlage generiert die einzelnen Schichten und verbindet diese miteinander, wodurch ein physisches Bauteil entsteht. Je nach Verfahren ist noch eine Nachbearbeitung des Bauteils notwendig. Diese kann aus dem Entfernen der Stützen, Sandstrahlen zur Oberflächenglättung oder aus dem Verbessern der Materialeigenschaften durch Sintern, Infiltrieren oder Bestrahlen mit UV-Licht bestehen.

 

In der Produktentwicklung hat die Additive Fertigung den Prototypenbau revolutioniert, da eine preiswerte Einzelteilfertigung und eine schnelle Änderung der Bauteilkonstruktion realisiert werden können. Für größere Stückzahlen ist das Fertigungsverfahren angesichts der geringen Druckgeschwindigkeit noch größtenteils ungeeignet. Aufgrund eines breiten Angebots von preiswerten und leicht zu bedienenden 3D-Druckern können auch Startups und private Nutzer ihre Ideen schneller und preisgünstig umsetzen.

 

 

Vorteile:

Hohe Konstruktionsfreiheit (auch Hinterschneidungen und Einschlüsse)

Preiswerte Einzelteilfertigung

Große Auswahl an Anlagen für Endanwender

Ressourceneffizienz

Keine bauteilspezifischen Werkzeuge notwendig

 

Nachteile:

Für Serienfertigung nur bedingt geeignet

Manche Verfahren sehr teuer (z.B. Metallverfahren)

Bauteileigenschaften z.T. gering

Häufig Nachbearbeitungsschritte notwendig

 

Die wichtigsten Verfahren im Überblick

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Gegenüberstellung der AM-Verfahren