Webinarreihe Potenziale additiver Fertigung in der Industrie

Redakteur: Stefan Guggenberger

In vielen Schlüsselbereichen der Industrie kann sich die additive Fertigung zunehmend etablieren. Ein Überblick der Potenziale in der Metallbe- und verarbeitung, der Kunststoffverarbeitung, der Lohn- und Auftragsfertigung und der Automobilindustrie.

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Mit dem 'Strung'-Konzept, das ab 2022 erhältlich sein soll, zeigt Adidas seine Vision der zukünftigen Fertigung: additiv, individuell und automatisiert.
Mit dem 'Strung'-Konzept, das ab 2022 erhältlich sein soll, zeigt Adidas seine Vision der zukünftigen Fertigung: additiv, individuell und automatisiert.
(Bild: Adidas)

Während der industrielle 3D-Druck in der breiten Öffentlichkeit noch als ‚neu‘ gilt, wissen AM-Experten, dass die Technologie längst aus ihren Kinderschuhen herausgewachsen ist und in der industriellen Praxis eingesetzt wird. Laut einem Marktreport des Beratungsunternehmens Ampower setzte die globale 3D-Druckindustrie 2020 bereits mehr als 7 Milliarden Euro trotz der COVID-19-Krise um. Bestätigen sich das aktuelle Wachstum, prognostiziert Ampower einen Umsatz von mehr als 17 Milliarden Euro für das Jahr 2025.

Haupttreiber für diese Entwicklung sollen die beiden wichtigsten Anwendungsfelder der additiven Fertigung sein: Metall- und Kunststoff-3D-Druck. Mit rund 5 Milliarden Euro ist der Kunststoff-3D-Druck noch für den Großteil der Umsätze verantwortlich. Dank des starken Wachstums im Metall-3D-Druck von 29 Prozent pro Jahr (Kunststoff +15 Prozent pro Jahr) wird die Lücke zwischen den beiden Sparten jedoch immer kleiner. Grund für das Wachstum im Metalldruck ist die zunehmende industrielle Reife der Technologien. So setzten immer mehr Lohn- und Auftragsfertiger, die wichtige Branchen wie die Automobilindustrie oder den Maschinenbau beliefern, auf AM für kleinere Serien oder elektronische Komponenten.

Form [Your] Next Mission:

Webinarreihe - Wissen für die Praxis sammeln!

Einen umfassenden Einblick in aktuelle Anwendungen und Potenziale des industriellen 3D-Drucks bietet die Webinarreihe ‚Form [your] next Mission‘. Dabei werden die Kernbereiche Kunstsoff- und Metall-3D-Druck sowie die Auftrags- und Lohnfertigung und die Umsetzung der ‚Losgröße 1‘ in der Automobilindustrie mit fokussierten Webinaren behandelt.

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3D-Druck in der Metallbe- und verarbeitung: komplexe Konstruktionen für Schlüsselindustrien

Ein wichtiger Vorteil des 3D-Metalldrucks gegenüber herkömmlichen Verfahren ist die hohe Konstruktionsfreiheit. So können beispielsweise Kühlkanäle direkt in Werkzeuge eingedruckt werden, die im Vergleich zu gebohrten Kanälen deutlich effizienter arbeiten und die Temperatur zeitkonstant reduzieren. Zudem ist es durch den Einsatz additiver Verfahren oft möglich, den Materialverbrauch zu reduzieren. Wie der Use-Case eines Verteilers für die Halbleiterfertigung zeigt, konnte das Gewicht des Bauteils um 50 Prozent verringert werden. Gleichzeitig ist der 3D-gedruckte Verteiler zuverlässiger, weil ein einziges monolithisches Teil deutlich weniger Fehlerpunkte aufweist als eine konventionelle Baugruppe, die aus 20 Teilen besteht.

Zudem sollen auch immer mehr Endbauteile per 3D-Metalldruck hergestellt werden. Eine für Höchstleistungen modifizierte Variante des Porsche 911, der GT2 RS, könnte bald mit 3D-gedruckten Kolben angetrieben werden. Durch den additiven Aufbau der Kolben erreicht der Hersteller weniger Gewicht, höhere Drehzahlen und etwa 30 PS mehr. Bereits Standard ist der 3D-Metalldruck bei der Fertigung von Zahnersatz. In der Dentalindustrie werden Anlagen genutzt, die mehrere Hundert Brücken oder Kronen am Stück drucken können.

3D-Druck in der Kunststoffverarbeitung: Nicht nur schön, sondern effizient

In der Kunststoffverarbeitung zeigt der 3D-Druck sein Potenzial schon an vielen Stellen. So werden mittlerweile Werkzeugeinsätze für Kunststoffspritzgussmaschinen 3D-gedruckt. Die Hauptvorteile des 3D-Drucks liegen hier bei der Strukturoptimierung und der Möglichkeit zur konturnahen Temperierung. Das Fraunhofer IAPT geht davon aus, dass die Zykluszeit durch 3D-gedruckte Werkzeuge im Spritzguss um etwa 20 Prozent reduziert werden kann. Bei einer eigens erstellten Anwendung wurde sogar eine Reduktion der Zykluszeit um 45 Prozent erzielt.

Dass Polymerdruck schon serienreif ist, zeigen unter anderem Hörgeräte und Schuhe. Da Hörgeräte individuell für ihre Träger angefertigt werden, hat AM aufgrund des hohen Individualisierungsgrads klare Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren. Zudem arbeiten 3D-Drucker weitgehend autonom und die Hörgeräte müssen nicht mehr in mühsamer Handarbeit angepasst werden. Im Bereich der Schuhproduktion fasst die additive Fertigung Fuß bei der Herstellung von hochwertigen Sportschuhen. Dabei werden Sohlen, Einlagen oder der ganze Schuh gedruckt. Beispielsweise Adidas hat in der ‚Futurecraft‘-Serie gleich mehrere Modelle mit gedruckten Zwischensohlen im Angebot. Für die Zukunft hat Adidas aber bereits das ‚Strung‘-Konzept vorgestellt, das bis auf die Schnürsenkel komplett auf dem 3D-Drucker entsteht.

3D-Druck in der Lohn- und Auftragsfertigung: Kunden glücklich machen und Risiken senken

Bei einem Großteil der industriellen Lohn- und Auftragsfertiger dominieren heute herkömmliche Verfahren wie CNC oder Spritzguss. Doch die Anforderungen der Kunden verändern sich zunehmend, was die Einführung neuer Fertigungstechnologien fördert: Flexibilität, Geschwindigkeit, Nachhaltigkeit und Individualität spielen in der Industrie eine immer größere Rolle. Die additive Fertigung kann diese Anforderungen erfüllen und macht es möglich, selbst kleine und hochspezielle Aufträge auszuführen. Diese neue Art der Auftragsfertigung zeigt das Beispiel eines Zubehörteils für Miele Staubsauger.

Anstatt einen Fertiger mit der Produktion von Tausenden Bohrlochreinigern, die dann eingelagert werden, zu beauftragen, hat sich Miele für eine On-Demand-Lösung entschieden. Sobald der Kunde die Bestellung im Online-Shop abgeschickt hat, werden verschlüsselte Daten an einen AM-Dienstleister geschickt. Dieser druckt das bestellte Produkt und versendet es direkt an den Endkunden. So muss Miele bei neuen Produkten keine großen Mengen einkaufen, die womöglich nicht abgesetzt werden und zudem entfallen alle Lagerkosten. Der digitale Workflow in Verbindung mit AM ermöglicht es also, schnell auf Kundenwünsche zu reagieren und gleichzeitig kann das Produktportfolio mit geringerem Risiko erweitert werden.

3D-Druck in der Automobilindustrie: Innovationen für die Mobilität der Zukunft

Nicht zu Unrecht gilt die Automobilindustrie als Schlüsselbranche für Deutschland und ist daher auch für den Fortschritt der additiven Fertigung von großer Bedeutung. Schon vor Jahrzehnten pionierten Automobilhersteller und -zulieferer den additiven Prototypenbau und heute erproben sie den 3D-Druck in der Serienfertigung. Hersteller wie BMW, Audi, Toyota und Volkswagen unterhalten mittlerweile eigene 3D-Druckzentren und sind darum bemüht, die Potenziale der Technologie auszuschöpfen. Mit dem Wandel zur E-Mobilität könnte AM in der Branche jedoch noch deutlich an Fahrt aufnehmen. Das Dresdner Startup Additive Drives umgeht mit der additiven Fertigung beispielsweise die Grenzen, denen klassische Runddrahtwicklungen bei E-Motoren unterworfen sind. So kann der elektrische Widerstand verringert und die Wärmeleitung verbessert werden, was die Abgabeleistung des Aggregats um 45 Prozent erhöht.

Zudem bietet AM auch großes Potenzial bei der Herstellung von Energieträgern. Das Schweizer Unternehmen Blackstone Technology hat beispielsweise ein Verfahren für 3D-gedruckte Solid-State-Batterien entwickelt. Im Vergleich zu konventionellen Batteriezellendesigns sollen sie deutlich weniger kosten, flexibler in der Form sein und 20 Prozent mehr Energiedichte bieten. Mit der Fertigung der ersten Batteriezellen wollen die Eidgenossen dann bereits 2022 beginnen. Hier finden Sie eine Zusammenfassung der aktuellen 3D-Druckanwendungen in der Automobilindustrie.

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