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Additive Manufacturing / Generative Fertigungsverfahren

Additive Manufacturing ist eine übergeordnete Bezeichnung für die bisher meist als Rapid Prototyping oder 3D Printing bezeichneten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von 3D-Prototypen, Einzelteilen, Kleinserien, Modellen und Mustern. Das additive Manufacturing erfolgt direkt auf der Basis der CAD Datenmodelle (Übergabe meist über die STL-Schnittstelle) aus drahtförmigem Material oder Pulver. Es handelt sich um urformende Verfahren, welche den grossen kommerziellen Vorteil gegenüber dem Spritzgiess oder Extrusionsverfahren haben, dass für ein konkretes Erzeugnis keine speziellen Werkzeuge erforderlich sind !

Der Einsatz von additive Manufacturing Verfahren, zu denen unter anderem 3D Printing, Fused Deposition Modeling FDM, selektives Lasersintern SLS, Stereolithografie SLT / SLA, selektives Laserschmelzen SLM usw. gehören, ist ökonomisch einsetzbar bei der Fertigung kleiner Bauteile oder der Einzelfertigung von Teilen mit einer hohen geometrischen Komplexität. Bei generativen Fertigungsverfahren erhöht sich die Wirtschaftlichkeit mit steigender Komplexität der Bauteilgeometrie.
„Je komplexer das gewünschte Teil geformt ist, desto geeigneter ist diese Teil für das additive Manufacturing !“

Aktuell werden die Anwendungsgebiete für diese additiven Fertigungsverfahren, die sich zu Beginn auf das Herstellen von Modellen und Prototypen – daher der Begriff Rapid Prototyping – konzentrierten, auf zusätzlich Felder ausgeweitet.
Dazu zählen:
der Einsatz als Prototyp: Rapid Prototyping

der Einsatz als Fertigteil: Rapid Manufacturing

der Einsatz als Werkzeug: Rapid Tooling

In Verbindung mit weiteren Technologien wie zum Beispiel dem Reverse Engineering (Digitalisieren), Scannen und dem CAD wird die Verfahrenskette innerhalb der Produktentwicklung auch als Rapid Product Development bezeichnet.
Die Additive Fertigung, engl.: Additive Manufacturing (AM), bezeichnet einen Herstellprozess, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Diese Definition stammt vom International Committee F42 for Additive Manufacturing Technologies (ASTM).
Immer häufiger wird der Begriff „3D Print / 3D-Druck “ als Synonym für die Additive Fertigung verwendet. Der Begriff additive Manufacturing beschreibt jedoch besser, dass es sich hier um ein professionelles Produktionsverfahren handelt.
Bisher wurde zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block herausgefräst, heute baut die additive Manufacturing / additive Fertigung die Bauteile Schicht für Schicht aus Werkstoffen auf, die als Kunststoffdraht oder feines Pulver vorliegen.

Additive Manufacturing Anwendungsbereiche:

Kommunikation / Marketing / Vertrieb
- Verbesserung der Internen und externen Kommunikation durch Anschauungsmodelle
- Unterstützung des Vertriebes durch Modelle/ Prototypen während der Auftragsakquisition bzw. in der Angebotsphase

Entwicklung / Konstruktion
- Bauteilerprobung durch Einbauversuche und Funktionstests
- Schnelles Ausprobieren von Konstruktionsvarianten

Vorserie / Werkzeugbau
- Schnelle Realisierung von Klein- und Vorserien mit serienähnlichen Bauteileigenschaften
- Vorserienwerkzeugeinsätze (Spritzguss, Al-Druckguss, Sandguss, etc.)

Fertigung / Produktion
- Serienfertigung (e-Manufacturing TM, Direct-Digital-Manufacturing)
- Realisierung von Serienwerkzeugeinsätzen (Spritzguss, Al-Druckguss, Sandguss, etc.)

Stand der Forschung: Generative Fertigung / Additive Manufacturing, einige Beispiele:
Individuell angepasste Hörgeräte, massgeschneiderte Zahnkronen oder Knochenimplantate, Bauteile für Autos und Flugzeuge.
Sie werden direkt aus den CAD Daten Schicht für Schicht aus Pulver hergestellt — schnell und kostengünstig. Doch noch ist Additive Manufacturing ein Nischenmarkt. Forscher arbeiten an neuen Materialien und verbesserten Prozessen, um die generative Fertigung für weitere Anwendungen interessant zu machen.

Additive Manufacturing / 3D Printing funktioniert im Grunde ähnlich wie ein Drucker, aber in drei Dimensionen. Die Bauteile können je nach Ausgangsstoff und Anwendung auch mit Stereolithographie, selektivem Lasersintern oder 3D-Druckern gefertigt werden. Es können zum Teil auch niedrigviskose Werkstoffe verarbeitet werden. Die generativen Verfahren haben Forscher vor mehr als 20 Jahren entwickelt, um schnell erste Prototypen (Rapid Prototyping) zu fertigen. Heute nutzen Firmen die Technologie auch um individuelle Einzelstücke oder Kleinserien herzustellen.

Fertigung der unbegrenzten Formen
Beim Additive Manufacturing werden weder teure Werkzeuge noch Formen gebraucht. Das spart Zeit und senkt die Herstellungskosten. Die Additive Manufacturing Verfahren sind ausserdem auch Umweltschonend da wenig Abfall anfällt.
Der grösste Vorteil ist jedoch, dass die generativen Fertigungsverfahren, Additive Manufacturing, 3D Printing eine nahezu unbegrenzte gestalterische und konstruktive Freiheit zulässt. Sie ermöglichen die Herstellung beliebig komplexer Geometrien und auch innere Strukturen die mit konventionellen Verfahren nicht herzustellen sind. Sogar komplizierteste Formen mit spiralförmigen Hohlkanälen und Hinterschnitten können in Metall, Kunststoff oder Keramik künftig in einem Stück gefertigt werden.

Rapid manufacturing rüstet sich für die Serienfertigung
In Zeiten immer kürzer werdender Produktlebenszyklen und zunehmend individualisierter Teile können generative Verfahren, Additive Manufacturing, 3D Printing helfen, neue innovative Produkte schneller zu entwickeln. Das Additive Manufacturing / 3D Printing ist noch ein Nischenmarkt. Einen Schub erwarten die Experten von dem ersten bürotauglichen Designjet-3D-Drucker von Hewlett Packard.
Die generative Fertigungsanlage erzeugt robuste Kunststoffmodelle aus den von den 3D-Konstruktionsprogrammen gelieferten Datensätzen. So können Anwender in kürzester Zeit hochpräzise Prototypen direkt in ihrem Büro erstellen. Über Google SketchUp lassen sich zum Beispiel dreidimensionale Modelle von beliebigen Objekten erstellen. Nutzen Sie deshalb unsere Dienstleistung um sich Wettbewerbsvorteile zu schaffen ! Ausserdem erleichtern erste Standardisierungen – wie die VDI-Richtlinie 3404 und die Definition von Additive Manufacturing – den Einsatz generativer Verfahren in der industriellen Fertigung.

Doch bis Rapid Manufacturing stärker in der Industrie eingesetzt werden kann, bedarf es noch einiger Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Derzeit sind im Vergleich zur konventionellen umformenden oder spangebenden Produktion für generative Fertigungsverfahren nur wenige qualifizierte Werkstoffe verfügbar.

Komplexe Geometrien in Leichtbauweise
Zum Beispiel einen bionischen Greifer nach dem Vorbild der Fischflosse. Drückt man mit dem Finger leicht gegen die Schwanzflosse einer Forelle, so knickt diese nicht in Druckrichtung weg, sondern bewegt sich zum Finger hin. Der besondere Vorteil: Das SLSBauteil aus PA ist um 90 Prozent leichter als ein herkömmlicher Greifer aus Metall.

Selektives Laserschmelzen bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerken
Die Luft- und Raumfahrtindustrie, Automobilhersteller und Zulieferer nutzen generative Fertigung.
Additive Techniken ermöglichen es Unternehmen zudem, Ersatzteile für Flugzeuge zu produzieren. Es zeigt auf, dass sich sogar kompliziert geformte Komponenten von Flugzeugtriebwerken kostengünstig mit selektivem Laserschmelzen (SLM) fertigen lassen. Mit SLM und weiteren lasergestützten generativen Verfahren verkürzen sich die Durchlaufzeiten für die Instandsetzung um 40 Prozent und mehr. Bis zu 50 Prozent des notwendigen Materials und mindestens 40 Prozent der Reparaturkosten können zukünftig eingespart werden. Als Materialgrundlage dient u.a. eine Nickelbasis-Superlegierung sowie Titanlegierungen.

Bauteile aus Metall
Forscher beschäftigen sich damit, weitere Materialien für das Additive Manufacturing zu finden. Auch Aluminium eignet sich als Werkstoff für generative Verfahren. Die generativ gefertigten Produkte verfügen dabei mindestens über die gleichen mechanischen Eigenschaften wie konventionell gefertigte Bauteile. Aluminium-Legierungen werden unter anderem in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder in der Flugzeugindustrie genutzt.
Bisher werden beim selektiven Laserschmelzen vor allem handelsübliche Pulverwerkstoffe wie Edelstahl, Werkzeugstahl, Titan-, Aluminium-, Kobalt- und Nickel-Legierungen eingesetzt. Ausserdem arbeiten die Forscher daran auch keramische Werkstoffe sowie weitere Kunststoff Typen einzusetzen.

Vakuumgiessen

Das Vakuumgiessen ist ein Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Vervielfältigung von Urmodellen. Es kommt schwerpunktmässig für Kunststoffteile zum Einsatz. Bei diesem Verfahren erfolgt die Vervielfältigung in einer Form aus Silikonkautschuk. Es können bis 50 Kunststoff Teile ohne teure Stahlform hergestellt werden.

Der Vakuumguss ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Materialarten. Es können Kunststoffe, auch glasfaser verstärkte Typen oder auch PU Schaum verwendet werden. Dadurch stehen Ihnen besonders robuste Modellvarianten zur Verfügung. Auch weiche Gummiteile können hergestellt werden. Weiter Möglichkeiten sind die Verarbeitung von Zweikomponenten-Giessharze (Kunststoff) sowie niedrigschmelzende Metalllegierungen.

Die Vakuumgiesstechnik hat folgende Vorteile:
kostengünstige Formherstellung
kurzfristige Formherstellung
Hinterschnitte herstellbar
hohe Vervielfältigungsgenauigkeit
Nutzung von Formeinsätzen zur Verbesserung der Formteilqualität ist möglich
Einbindung von Norm- und Formteilen (zum Beispiel Lagerbuchsen, Gewindebolzen) in das Kunststoffteil

 

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( Text auszugsweise aus Wikipedia )