Alternative AM Kann die additive Fertigung eine CNC-Produktion ersetzen?

Autor / Redakteur: Gediminas Puisys, Head of Partner Network bei Xometry Europe / Stefan Guggenberger

Viele Industriefertiger nutzen bekannte Verfahren wie CNC oder Spritzguss, ohne deren Sinnhaftigkeit zu hinterfragen. Gediminas Puisys von Xometry Europe zeigt, wo AM heute eine attraktive Alternative ist und welche Vorteile der 3D-Druck gegenüber herkömmlichen Verfahren bietet.

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Additive Fertigung fordert die herkömmlichen Verfahren wie CNC zunehmend heraus. Vor allem kleine Serien können mit AM günstiger, effizienter und schneller umgesetzt werden.
Additive Fertigung fordert die herkömmlichen Verfahren wie CNC zunehmend heraus. Vor allem kleine Serien können mit AM günstiger, effizienter und schneller umgesetzt werden.
(Bild: gemeinfrei // unsplash)

In der Serienproduktion sind CNC gestützte Verfahren wie die CNC-Bearbeitung oder der Spritzguss heute zweifellos die dominierenden Fertigungsverfahren. Inzwischen gibt es aber zunehmend innovative Lösungen, um auch mit additiven Technologien in Serie produzieren zu können. Grundsätzlich gilt: 3D-Druckverfahren sind hervorragend geeignet für kleinere Mengen und daher perfekt für die günstige Herstellung zum Beispiel von Prototypen. Es finden sich aber immer mehr Beispiele, in denen die Technik selbst für mittlere Losgrößen sinnvoll ist. Das gilt besonders dann, wenn die schnelle Realisierung der Aufträge sowie eine geringe Lagerhaltung von Ausgangsmaterial im Mittelpunkt stehen.

Die Methode muss für jeden Auftrag bewertet werden

Xometry Europe vermittelt digital Produktionsaufträge an ein Netzwerk von 2000 Lieferanten. Diese produzieren in Dutzenden unterschiedlichen Technologien, sowohl in der CNC-Bearbeitung als auch in additiven Methoden. Wir verfügen also über einen guten Überblick dieses wachsenden Marktes und seiner Möglichkeiten. Hier einige Erfahrungen aus der Praxis für die Auswahl der geeigneten Produktionsmethode:

Gerade für kleinere Teile sind Pulverbett-Technologien wie HP Multi Jet Fusion oder selektives Lasersintern (SLS) bei einer mittelgroßen Serienproduktion effizienter. Ein Teil mit Abmessungen von etwa 10x10x10 cm kann im Volumen von 3000 Stück schneller produziert werden als im Spritzguss. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass HP MJF oder SLS hervorragend geeignet sind für eine Größenordnung von bis zu 1000 Stück pro Woche. Muss für dieses Volumen extra ein Spritzgusswerkzeug erstellt werden, verteuern sich die einzelnen Teile deutlich. Eine nahezu unbegrenzte Geometrie-Produktion lässt sich also wesentlich schneller additiv realisieren, denn man spart sich möglicherweise mehrere Wochen im Werkzeugbau.

Automatisierung und große Teile dank AM

Additive Fertigung erleichtert eine Produktion rund um die Uhr, denn es sind für die eigentliche Herstellung kaum menschliche Eingriffe nötig. Das ist gegenüber der CNC-Herstellung ein großer Vorteil – selbst wenn dort Roboter eingesetzt werden. Automatisiert lassen sich im 3D-Druck auch große Geometrie-Varianten herstellen. Innovative Technologien wie Carbon DLS liefern inzwischen Oberflächen und Haltbarkeit in einer Qualität, die der von nachbehandelten Spritzguss- beziehungsweise CNC-Teilen in fast nichts nachsteht. Das Besondere der Technologie besteht in der Möglichkeit, Teile mit isotropen Materialien und programmierbaren Gitterstrukturen herzustellen. Das gibt solchen 3D-Druckteilen unabhängig von der Messrichtung eine stabile Qualität bei Haltbarkeit und Auflösung.

Normalerweise wird beim 3D-Druck Schicht für Schicht hergestellt, das Produkt kann daher eine geringere Stabilität aufweisen als beispielsweise ein CNC-bearbeitetes Polymerteil. Mit Carbon DLS hingegen wird ein völlig anderer Ansatz verfolgt, der hervorragende Ergebnisse bei Haltbarkeit und Stressresistenz liefert.

CLIP-Prozess für bessere Haltbarkeit und Stressresistenz

Carbon DLS bedient sich dazu des CLIP-Prozesses (Continuous Liquid Interface Production). Er besteht aus zwei Schritten, dem Druck und der Aushärtung:

  • Schritt 1 – Der Druck: Das Carbon DLS-Drucken ist dem SLA-Drucken ähnlich. Beide verwenden ein Harzreservoir und ein Lichtprojektionssystem zur Herstellung fester Teile. Das sind jedoch schon alle Gemeinsamkeiten. Bei Carbon DLS wird ein Schirm verwendet, der Sauerstoffmoleküle durchlässt, das flüssige Polymer aber in der Wanne hält. Der Sauerstoff bildet eine mikroskopische Grenzschicht zwischen dem Schirm und der flüssigen Grenzfläche, die sogenannte ‚tote Zone‘. Diese Sauerstoffschicht verhindert, dass das Harz direkt auf der Siebebene aushärtet, so dass es kontinuierlich in die tote Zone fließen kann und die isotropen Eigenschaften hervorruft.
  • Schritt 2 – Das Aushärten: Wenn der Formgebungsprozess abgeschlossen ist und die Teile aus der Maschine gebracht werden, sind sie bei bestimmten hochentwickelten Materialien noch nicht vollständig ausgehärtet. Solche Teile müssen einer weiteren thermischen Behandlung in einem entsprechenden Ofen zugeführt werden. Erst dann besitzen sie ihre vollen mechanischen Qualitäten. Die Wärme beschleunigt die Vernetzung der Polymerketten, das führt zu extrem belastbaren und zähen Teilen.

3D-Druck macht die Produktion effizienter

Beim 3D-Druck sind Änderungen an der Geometrie in wenigen Augenblicken kein Problem - und das ohne große Umbauten an den Maschinen. Gerade dies steigert die Effizienz beträchtlich. Auch der geringere Aufwand für die Lagerhaltung an Ausgangsmaterialien bietet wirtschaftliche und logistische Vorteile: Die additive Fertigung kann damit einer veränderten Nachfrage deutlich schneller angepasst werden als etwa der Spritzguss.

Das Angebot an Kunststoffen wächst laufend und zudem gibt es immer mehr Anbieter von additiven Technologien auf dem Markt. Besonders Polyamide wie PA12 und PA11 eignen sich hervorragend für die meisten Anwendungen. Das betrifft Härte, Beständigkeit gegen Hitze und Chemikalien ebenso wie die Langzeitstabilität. Unter den 35 von Xometry angebotenen Materialien für die additive Produktion sind diese Polymere mit Abstand am beliebtesten. Bei der CNC-Bearbeitung ist die Materialauswahl hingegen auf wenige Polymere beschränkt.

Für kleine Losgrößen ist AM eine Alternative

Insgesamt lässt sich festhalten: Die additive Fertigung wird am besten dort eingesetzt, wo schnelle Durchläufe und zugleich geringere Produktmengen anfallen. So lassen schon heute Entwicklungsabteilungen und Designer ihre Prototypen für neue Produkte durch additive Technologien fertigen. Geht es hingegen um eine ausgedehnte Serienproduktion, ist die Entscheidung klar: Hier kann der 3D-Druck die CNC-Verfahren oder den Spritzguss nicht ablösen. Anders als im Prototypenbau, in der Produktentwicklung und in frühen Herstellungsphasen mit geringer Losgröße.

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