3D-Druck in der Serienfertigung: Die Forcierung der Einführung der additiven Fertigung ist eine Aufgabe für die gesamte Industrie

Wenn Sie mich jetzt fragen würden: "Jürgen, wie ist der Stand der additiven Fertigungsindustrie heute?", würde meine Antwort sehr positiv ausfallen. In vielerlei Hinsicht war sie noch nie so stark wie heute.

Aber es ist auch wahr, dass unsere Branche noch viel weiter gehen kann. Es geht nicht nur darum, wie viele Hersteller die Technologie übernehmen, sondern auch darum, wofür und wann sie sie einsetzen. Die gute Nachricht ist, dass der 3D-Druck bereits bekannt und gut etabliert ist. Die Hersteller wissen, was er leisten kann und welche Vorteile er bringt. Sie wissen, warum sie ihn nutzen sollten - jetzt fragen sie sich, wie sie den nächsten Schritt machen können.

• Wie kann ich den 3D-Druck vollständig in meine Produktionslinie integrieren?
• Wie finde ich weitere Anwendungsbereiche?
• Wie schaffe ich den Sprung vom Prototypendruck zur Serienproduktion?

Diese drei Fragen reflektieren die größten Herausforderungen auf dem Weg zu einer weit verbreiteten Einführung von AM, und wahrscheinlich haben Sie sich diese Fragen auch schon gestellt. Sie benötigen AM-Wissen, haben aber Schwierigkeiten, es intern aufzubauen. Ihnen ist sicher bekannt, dass der 3D-Druck viel zu bieten hat, von der Designfreiheit bis hin zu wirtschaftlichen Vorteilen und Vorteilen in der Lieferkette, aber Sie sind sich nicht sicher, wie Sie geeignete Anwendungen erkennen können. Und selbst diejenigen, die das Verfahren schon lange nutzen, tun sich oft schwer damit, den nächsten Schritt zu tun - die Produktion von Prototypen auf Kleinserien und darüber hinaus auszuweiten.

Und das ist wirklich der nächste Schritt. Trotz des Bewusstseins für seine Vorteile ist der 3D-Druck immer noch ein Synonym für den Prototypendruck, aber er kann so viel mehr sein. Unsere Aufgabe in der AM-Branche ist es, dies zu beleuchten, die Hersteller darüber aufzuklären, was diese beiden Anwendungen voneinander unterscheidet. Wir müssen dazu beitragen, die Wahrnehmung zu ändern, die viele immer noch haben, indem wir die Fälle aufzeigen, die die Serienreife beweisen. Danach liegt es an Ihnen als Hersteller, Ihr Vertrauen in die Technologie zu setzen und zu zeigen, dass Sie ein Pionier in Ihrem Bereich sein wollen.

Lassen Sie mich also kurz erläutern,  was den Prototypendruck von der Serienproduktion unterscheidet, und was muss man für den Übergang tun?

Oberflächlich betrachtet ist das sehr offensichtlich. Prototypen sind einmalige Drucke, die meist funktional sind. Man druckt, testet, entwirft neu und wiederholt den Vorgang, bis das Ergebnis stimmt. Bei der Serienproduktion wird das gleiche Teil wiederholt in Chargen gedruckt, aber es gibt einen sehr wichtigen Unterschied. Ein Teil in einer Serie von 100 Stück zu drucken ist etwas ganz anderes als ein Teil 100 Mal zu drucken - der entscheidende Unterschied ist die Kontrolle.

Wenn Sie ein Teil in 3D drucken, erzeugen Sie seine Eigenschaften während der Produktion. Von der Dichte bis hin zur Maßgenauigkeit wird alles durch den Prozess beeinflusst, so dass er genauso wichtig ist wie das gewählte Material. Der Grad der Wiederholbarkeit zwischen den einzelnen Druckvorgängen wird etwas missverstanden. Es gibt kein Kopieren und Einfügen zwischen Drucken, und das Erreichen der von den Herstellern geforderten Konsistenz erfolgt nicht automatisch. Eine sorgfältige Prozesssteuerung ist erforderlich, um die Wiederholbarkeit, Rückverfolgbarkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, die sie benötigen.

Um diese drei Anforderungen zu erfüllen und in die Serienproduktion überzugehen, müssen Sie sich auf eine Art technische Umstellung einstellen: Sie müssen innerhalb eines NPI-Prozesses arbeiten, sorgfältige Qualitäts- und Prozesskontrollen durchführen und sich in einigen Fällen auf spezielle AM-Produktionslinien verlassen. Ich möchte jeden dieser Punkte etwas genauer erläutern.

Beginnen wir mit dem NPI-Prozess. Die genauen Details können von 3D-Druck-Anbieter zu 3D-Druck-Anbieter variieren, aber die Idee ist dieselbe: eine Idee vom Konzept zur skalierten Produktion zu bringen. Im Allgemeinen arbeiten Sie und Ihr Lieferant für die additive Fertigung zusammen, um die Anforderungen des Projekts zu bestimmen und festzulegen, die Machbarkeit Ihrer Konstruktion zu bewerten und die optimale Kombination aus Material, Technologie und Oberfläche auszuwählen. Nach der Identifizierung spezieller Entwicklungsbedürfnisse - nehmen wir als Beispiel eine reinigungsfähige Oberflächenbeschaffenheit - wird das Design durch einige Produktionsläufe validiert, um alle notwendigen Daten für den Übergang zur Serienproduktion zu erhalten.

Die Qualitäts- und Prozesskontrollen kommen während dieser Entwicklung ins Spiel und sind von entscheidender Bedeutung. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, können Sie im Allgemeinen davon ausgehen, dass dies die Prozessvalidierung, einschließlich der Installationsqualifizierung (IQ), der Funktionsqualifizierung (OQ) und der Leistungsqualifizierung (PQ), sowie die gesamte relevante Prozessdokumentation umfasst. Zertifizierungen wie ISO 9001, ISO 13485, EN 9100 und alle anderen branchenspezifischen Qualifikationen, die Sie als Hersteller benötigen, werden sich ebenfalls auf all dies auswirken.

Am wichtigsten ist aber vielleicht die Kommunikation, die damit einhergeht. 3D-Druck-Anbieter können Ihnen die gesamte Dokumentation zur Verfügung stellen, die Sie für Ihre Branche benötigen. Diese Anbieter wissen auch, dass sie Sie direkt informieren müssen, wenn sie Änderungen am Verfahren vornehmen, die sich auf die Form, Passform oder Funktion Ihres Teils auswirken könnten.

Natürlich gibt es bei jedem Projekt verschiedene Betrachtungswinkel. Ich denke, dass der 3D-Druck eine Gemeinschaftsarbeit ist. Als Dienstleister bringen wir unser Fachwissen über den 3D-Druck ein, während der Kunde sein Fachwissen über seine Branche und seine Produkte einbringt. Wenn wir dieses Wissen kombinieren, können wir die besten Ergebnisse erzielen und die Akzeptanz erhöhen. Das erfordert auch Vertrauen und Transparenz auf Kundenseite, sowie die Bereitschaft zu Veränderungen.

Dieser notwendige Sinneswandel besteht aus zwei Hauptelementen. Erstens geht es um die Art und Weise, wie Sie an das Design und potenzielle 3D-Druckanbieter herangehen. Es ist wichtig, dass Sie sich von Anfang an über Ihre Anforderungen im Klaren sind, einschließlich der Merkmale, die bei jedem gedruckten Teil gleich sein müssen. Wenn Sie diese Informationen im Voraus bereitstellen,können Ihre Partner sicherstellen, dass die Kontrollen für jeden Druckvorgang vorhanden sind - etwas, das beim Prototypendruck nicht passiert, wenn es nicht ausdrücklich verlangt wird.

Bevor Sie jedoch dieses Stadium erreichen, ist es wichtig, den Unterschied zu verstehen, den das Design für die additive Fertigung (DfAM) ausmachen kann. Sie können bereits Vorteile aus dem 3D-Druck ziehen, wenn Sie z. B. eine kleinere Serie produzieren, aber die wahren Vorteile ergeben sich, wenn Sie Ihr Design für 3D-Druck anpassen. Wie bei jeder anderen Technologie auch, können Sie Ihre Kosten erheblich senken oder den Wert steigern, wenn Sie Ihr Design speziell auf die verwendete Technologie abstimmen. Wenn Sie wissen, wie Sie das Gewicht reduzieren, die Festigkeit erhöhen, Funktionen einbauen, komplexe Teile in Einzelteilen drucken und den 3D-Druck mit traditionellen Techniken kombinieren können - und vieles mehr -, kann das große Auswirkungen haben.

Wir in der Branche müssen dafür sorgen, dass Sie die Werkzeuge und Lernmöglichkeiten haben, um dieses Wissen zu erwerben. Meiner Meinung nach ist dies eine Voraussetzung dafür, dass der zweite große Bewusstseinswandel stattfinden kann: zu verstehen, wo die additive Fertigung in Ihre Produktionseinrichtung passt und sicherzustellen, dass die Technologie während Ihres gesamten Produktentwicklungsprozesses an erster Stelle steht. Sie sollten den 3D-Druck nicht als Nische oder Neuheit betrachten, die Sie zu besonderen Anlässen hervorholen, sondern ihn wie jede andere herkömmliche Technologie betrachten und bewerten, wenn Sie Prototypen herstellen oder ein bestehendes Teil neu gestalten wollen. Schließlich ist der 3D-Druck im besten Fall komplementär - es geht nicht um alles oder nichts, sondern um die Koexistenz mit den Technologien, die Sie bereits kennen und nutzen.

Das Ziel der Branche muss es sein, Herstellern wie Ihnen dabei zu helfen, diese Denkweise noch weiter zu entwickeln, bis zu dem Punkt, an dem Sie sich sicher fühlen können, den Einsatz von AM für die Serienproduktion von Anfang an zu planen, wenn die Anwendung geeignet ist.

Und das bringt mich zurück zu der großen Frage: Wie? Im Titel dieses Artikels habe ich gesagt, dass die Beschleunigung der Einführung eine branchenweite Aufgabe ist, und das liegt daran, dass es nicht nur eine Frage ist, die Sie als Kunde beantworten müssen.

Unser Ansatz bei Materialise unterscheidet zwischen Prototypendruck und Serienproduktion, wobei für jede Anwendung ein eigener Weg vorgesehen ist. Das bedeutet, dass wir die Unterstützung, die wir anbieten, darauf abstimmen können, wo die Hersteller im Produktionsprozess stehen, und wir arbeiten daran, die Rolle des 3D-Drucks in dieser Entwicklung durch spezielle Schulungen für alle Ebenen zu entmystifizieren.

Unsere Branche muss Ihnen zeigen, wie Sie den Sprung zwischen diesen Phasen der Einführung schaffen können, und Ihnen die Dienstleistungen anbieten, die Sie dafür benötigen. Durch die Bereitstellung robuster, wiederholbarer Prozesse können wir Ihnen das Vertrauen vermitteln, den 3D-Druck als Kernbestandteil Ihrer Produktionsstrategie einzuführen.

Danach brauchen wir etwas von Ihnen als Hersteller. Sie müssen mutig sein. Innovativ. Vorausschauend und der Zeit voraus. Anstatt darauf zu warten, dass Standards in der Fertigung auftauchen, sollten Sie derjenige sein, der diese Standards setzt. Darum ging es beim 3D-Druck schon immer.

Gemeinsam sind wir in der Lage, diese Entwicklung voranzutreiben und dafür zu sorgen, dass die additive Fertigung nicht nur für die Herstellung von Prototypen, sondern auch für ihre bewährten

Fähigkeiten in der Serienproduktion anerkannt wird. Wenn wir weiterhin zusammenarbeiten, innovativ sind und aufklären, glaube ich, dass wir die breite Einführung eher früher als später zur Realität machen können.