Metall-3D-Druck erfolgreich nutzen

Alle gängigen industriellen Fertigungsprozesse für Metallprodukte wurden seit Beginn der Industrialisierung immer weiter verbessert. Anforderungen aber auch Einschränkungen dieser Prozesse sind tief in uns verankert, wenn wir z. B. ein Gussteil von Grund auf konstruieren. Wir kennen die Vor- und Nachteile, wissen genau um Wirtschaftlichkeit und Logistik von Gussverfahren und der spanenden Bearbeitung. Ob nun bewusst oder unbewusst, all dieses Vorwissen fließt in unser Produktdesign mit ein.

Beim Metall-3D-Druck gelten eigene Regeln und es stellen sich ganz neue Fragen: Wo liegen seine Stärken? Wie lässt er sich wirtschaftlich einsetzen? Was ist beim Design zu beachten? Und da wir beim industriellen Einsatz dieser Technologie erst am Anfang stehen, sind die Kenntnisse über Design-Anforderungen und Fertigungsmöglichkeiten noch nicht weit verbreitet. In einer solchen Anfangsphase gibt es noch Rückschläge. Es sind neue Denkansätze gefordert. Und um diese besser zu verstehen, lohnt es sich einige der typischen Anfängerfehler näher zu beleuchten.

Wir beobachten immer wieder, dass der 3D-Druck erst viel zu spät in die Produktentwicklung mit einbezogen wird. Er kommt in der Regel erst ins Spiel, wenn ein anderer Ansatz nicht die gewünschten Ergebnisse liefert. Und dann soll eine schnelle Lösung her. An diesem Punkt steht jedoch vieles bereits fest: Die Baugruppe, in die das Bauteil später verbaut werden soll ist womöglich vollständig konstruiert, die wichtigsten Merkmalen des Bauteils stehen bereits fest.

Oft wird dann angenommen, dass ein ursprünglich für die spanende Fertigung konstruiertes Bauteil sich ganz einfach ausdrucken lässt. Das ist möglich, aber in der Regel ist es nicht wirtschaftlich. Tatsächlich ist es relativ teuer und bringt dabei wenig funktionellen Zusatznutzen.

Die Vorteile des Metall-3D-Drucks liegen ja vor allem in der Designfreiheit, also der Möglichkeit, ein Bauteil oder eine Baugruppe „neu zu denken“. So ergeben sich ganz neue Konstruktionen, mit der gewünschten Funktionalität aber ohne die üblichen Kompromisse durch herkömmliche Fertigungsmethoden. Ist die Konstruktion eines Bauteils bereits abgeschlossen, bleibt dieses Potenzial jedoch ungenutzt.

Viele Unternehmen, die zum ersten Mal mit Metall-3D-Druck arbeiten, machen zunächst die Erfahrung, dass die Kosten steigen. Dies liegt daran, dass keine Ausgleichskalkulation stattfindet. Denn die Kosten müssen gegen den Mehrwert gerechnet werden, der durch das optimierte Design entsteht. Wird ein Bauteil von Beginn an anders konstruiert, um es leichter zu machen, die Funktionalität zu verbessern oder sogar mehrere Bauteile zu einem einzigen zusammenzuführen, dann lohnen sich die höheren Prozesskosten.

Dieser Effekt kommt besonders bei sehr teuren Materialien zum Tragen. Nicht nur lassen sich mit 3D-Druck besonders schlanke Leichtbaustrukturen erstellen. Es wird auch nur genau so viel Material verbraucht, wie für das Bauteil benötigt wird.

Ein Großteil der späteren Produktionskosten eines Bauteils ist bedingt durch Design-Entscheidungen, die während der Konstruktionsphase gefällt werden. Sie schränken die Fertigungsoptionen ein und lassen keinen Raum für späte Änderungen im Prozess. Auf der anderen Seite ist dies auch der Zeitpunkt zu dem sich der echte Wert eines Bauteils entscheidet: Was genau soll es können? Wie viele Funktionen werden abgedeckt? Wie zuverlässig soll es sein? An diesem Punkt eröffnet der 3D-Druck ganz neue Wege. Daher ist das Timing entscheidend für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologie.

Im 3D-Druck ist die Komplexität umsonst. Das bedeutet, dass komplexe Strukturen in Leichtbauweise plötzlich eine echte Option sind. Auf einmal ist es möglich mehrere Bauteile zu einem multifunktionalen Bauteil zusammenzufassen. Denn nun muss nicht über Gussformen oder Wergzeugwege für ineinander verschachtelte Bauteile nachgedacht werden.

Letztendlich spielt der 3D-Druck seine Stärken dann besonders gut aus, wenn er so früh wie möglich im Design-Prozess ins Spiel kommt. Zu einem Zeitpunkt, wo die Konstruktion benachbarter Baugruppen noch nicht feststeht und die Produktionsstraße für das Bauteil nicht bereits in Planung ist.

Ein früher Einstieg in den 3D-Druck eröffnet einerseits ganz neue Möglichkeiten der Wertschöpfung und damit einhergehend Wettbewerbsvorteile. Andererseits bleibt dann ausreichend Zeit, um die Infrastruktur für Design und Produktion korrekt aufzusetzen und dabei sicherzustellen, dass die Wirtschaftlichkeit stimmt. Richtig aufgesetzt werden nicht nur die Rüstzeiten verringert sondern auch die Markteinführung beschleunigt.

Folgende Einschränkungen müssen vorab bedacht werden: Welche Materialien sind geeignet und verfügbar? Welche Produktionsmengen werden angestrebt? Welche Infrastruktur für die Fertigung steht zur Verfügung?

Noch ist die Anzahl der verfügbaren Legierungen limitiert. Doch es stehen bereits höchst vielseitige Legierungen aus Titan, Aluminium, Inconel und Edelstahl zur Verfügung. Deren mechanische Eigenschaften können durch das Design entsprechend angepasst werden. So benötigen Sie z. B. nicht unbedingt ein Material mit geringem Gewicht, wenn Sie ganz einfach Leichtbaustrukturen erzeugen können.

Überlegungen zu Produktionsmengen und Fertigungsinfrastruktur können ebenfalls zeitlich vorab festgelegt werden. Zu Beginn lassen sich beispielsweise kleine Chargen ganz einfach über zertifizierte externe 3D-Druckdienstleister fertigen. Vorteil hierbei ist, dass zunächst keine Investition in Anlagen notwendig ist. Außerdem stehen bei externen Dienstleistern in der Regel viele unterschiedliche Technologien für die additive Fertigung zur Wahl. Je ausgereifter Produkt und Prozesse über die Zeit werden, desto größer ist Ihre letztendliche Entscheidungssicherheit über die Wahl der richtigen 3D-Druck-Infrastruktur.

Gleiches gilt auch für das nötige Knowhow bezüglich Prozesswissen, Design-Möglichkeiten, Software sowie Prozess- und Qualitätskontrolle. All dieses Expertenwissen erhalten Sie auch von einem Partner wie Materialise.

Unser Ziel ist es, den Einsatz der additiven Fertigung weiter auszubauen. Wir möchten zeigen, welchen Mehrwert der 3D-Druck für die Industrie bieten kann. Das bedeutet, dass wir langfristig denken und arbeiten. Wir suchen nach sinnvollen Strategien, mit denen Sie Ihre Wettbewerbsvorteile erhalten und zukunftssicher machen. Damit Ihre Produkte noch besser werden und noch schneller auf den Markt kommen. Aber egal wie Sie sich entscheiden: Verpassen Sie nicht Ihre Chance und denken Sie rechtzeitig an den Metall-3D-Druck.