Additive Fertigung wird zum Standard

3-D-Druck im Fokus auf der K 2019

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Laut einer Studie der RWTH Aachen und des VDIs sind additive Fertigungstechnologien in allen Bereichen der Industrie auf dem Vormarsch. Kein Wunder also, dass auch auf der K 2019 das Thema 3-D-Druck im Fokus steht. Wir stellen einige aktuelle Entwicklungen vor, die in Düsseldorf zu sehen sein werden.

Die neue Studie „Das Potenzial der additiven Fertigung: Digitale Technologien im Unternehmenskontext“ des VDIs und der RWTH Aachen zeigt: Die additive Fertigung (AM), umgangssprachlich auch als 3-D-Druck bekannt, ist in Deutschland im industriellen Alltag angekommen. Rund 72 % der 560 Umfrageteilnehmer setzen beispielsweise den 3-D-Druck für die Fertigung von Prototypen und Pilotserien ein. Weitere 16 % prognostizieren eine Anwendung innerhalb von zwei Jahren. Damit gewinnt also die additive Fertigung zunehmend an Bedeutung und ist ein Beispiel par excellence für eine potenziell disruptive Technologie, wie auch unser Beitrag in diesem Heft über den 3-D-Druck von Glockenböden zeigt. Denn: Bereits knapp 13 % der Befragten nutzen AM in ihrem Unternehmen für die Produktion kompletter Endprodukte. Weitere 17 % können sich vorstellen, dass das innerhalb der nächsten zwei Jahre der Fall sein wird. Ein Drittel gibt zudem an, dass bereits additiv gefertigte Komponenten in ihren Produkten sind.

Die Umfrage zeigt außerdem, dass die Befragten den 3-D-Druck nicht nur für die Produktion von Prototypen, Produktteilen oder vollständigen Produkten nutzen, sondern sie diese auch für die Herstellung von Fertigungswerkzeugen und Montagetools einsetzen. Auch im Ersatzteilmanagement sehen die Befragten hohes Potenzial: Rund 20 % der Teilnehmer haben dies schon in die Praxis umgesetzt. Weitere 24 % sehen hier Potenziale.

Keine Bedrohung für bestehende Geschäftsmodelle

Die 560 befragten Mitglieder des VDIs sehen in AM keine Bedrohung für bestehende Geschäftsmodelle und halten es auch für wenig wahrscheinlich, dass diese gar angepasst werden müssen. Es werden eher positive Aspekte und neue Möglichkeiten für Geschäftsmodelle gesehen. Die additive Fertigung ist also in den Unternehmen angekommen und die Ingenieure wissen, damit umzugehen. Die neue Studie „Das Potenzial der additiven Fertigung: Digitale Technologien im Unternehmenskontext“ ist beim VDI kostenfrei downloadbar.

3-D-Druck mit Silikon

Schon auf der vorangegangenen Kunststoffmesse hatte die Wacker Chemie AG mit ihrem ersten 3-D-Drucker für Silikonelastomere für Aufsehen gesorgt. Seitdem wurde die Technologie konsequent weiterentwickelt. Inzwischen ist das Chemieunternehmen aus München mit seinem neuen Geschäftsfeld einer der weltweit führenden Dienstleister für den 3-D-Druck mit Silikon. Unter dem Namen Aceo fertigt das Unternehmen echte 3-D-Drucke aus Silikonkautschuk für unterschiedlichste Anwendungen und Einsatzbereiche. Entwickler, Prototypenbauer, Wissenschaftler und zahlreiche Anwender aus verschiedenen Branchen nutzen mittlerweile die Aceo-Dienstleistungen.

Auf der diesjährigen K präsentiert Wacker einen weiteren Fortschritt in Sachen 3-D-Druck mit Silikon: den Aceo Imagine Series K2. Dieser Drucker kann dank mehrerer Druckdüsen bis zu vier verschiedene Silikone gleichzeitig verarbeiten. Dadurch lassen sich ganz neue Designs realisieren. Beispielsweise ist es jetzt möglich, 3-D-Objekte in verschiedenen Farben oder in unterschiedlichen Härtegraden auszudrucken. Von der neuen Technologie profitieren auch Objekte, die innen hohl sind und deshalb mit Stützmaterial gedruckt werden müssen. In solchen Fällen stehen bis zu drei verschiedene Material- bzw. Farbvarianten zur Auswahl.

Highlight Auto-Control-Funktion

Ein weiteres Highlight der neuen Druckergeneration ist die Auto-Control-Funktion. Das Gerät misst die bei jedem Druckgang aufgetragene Silikonschicht und vergleicht diese anschließend mit dem Sollwert des CAD-Modells. Stellt das Programm Abweichungen fest, werden diese beim nächsten Schichtauftrag automatisch korrigiert. Da für diesen Soll-Ist-Abgleich kein virtuelles Modell verwendet wird, sondern das tatsächliche Druckergebnis, ist diese Form der Inline-Kontrolle und -Korrektur einer Überprüfung mittels digitalem Zwilling deutlich überlegen. Die neue Druckergeneration produziert auf diese Weise sehr präzise und detailgetreue 3-D-Drucke, die sich auch für anspruchsvolle industrielle Anwendungen eignen.

Auf dem Weg zur Massenfertigung

Der 3-D-Druck bietet zahlreiche Möglichkeiten, um dreidimensionale, oft komplex geformte Teile in einem Schritt herzustellen. Das im Silicon Valley ansässige Unternehmen Carbon entwickelte jetzt die Digital-Light-Synthesis(DLS)-Technologie, mit der sich die Herstellung von Teilen gegenüber bisherigen Verfahren bis zum Hundertfachen beschleunigen lässt. Nach Jahren der Forschung hat Carbon auch ein neuartiges flüssiges Polyurethanharz entwickelt, das für die Herstellung von Teilen geeignet ist.

Die Covestro AG ist ein wichtiger Partner beim Scale-up und für die Großserienfertigung dieses Materials. Das Unternehmen investierte einen beachtlichen Betrag, um das Harz in handelsüblichen Mengen herstellen zu können. Das Resultat der Zusammenarbeit stellt die Serientauglichkeit von Verfahren und Material unter Beweis.

Effizientes Herstellverfahren

Die von Carbon entwickelte DLS-Technologie wird nun erstmals in großem Maßstab eingesetzt. Ähnlich wie bei der Stereolithografie entsteht das Werkstück dabei in einer Wanne mit flüssigem Kunststoffharz, das mittels UV-Strahlung ausgehärtet wird.

Bei der DLS-Technologie wird von unten Sauerstoff zugeführt, der der Aushärtung entgegenwirkt und eine „liquid dead zone“ erzeugt. Dazu besteht der Boden des Gefäßes aus einer licht- und luftdurchlässigen Membran, die ähnlich wie eine Kontaktlinse aufgebaut ist. Aus dieser Zone wird das gedruckte Objekt kontinuierlich herausgezogen, ohne dass sich einzelne Schichten ausbilden.

Aktoren und Sensoren integrieren

Die additiven Fertigung kann aber noch mehr: So lassen sich mithilfe des 3-D-Drucks auch die Anzahl der Komponenten komplexer, individualisierter Baugruppen stark reduzieren und viele Funktionen direkt in ein Bauteil integrieren. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF forschen in mehreren Projekten an der additiven Fertigung von integrierten Aktoren und Sensoren. Besonders eignen sich dafür Fused Filament Fabrication (FFF)-Drucker. Sie sind vergleichsweise günstig und sehr flexibel in der Wahl der zu verarbeitenden Materialien. Mit diesem speziellen Gerät können Wissenschaftler des Fraunhofer LBF dank mehrerer unterschiedlicher Druckköpfe in einem Durchgang diverse Kunststofffilamente drucken. Neben Standardthermoplasten wie ABS oder PP kommen auch Funktionsmaterialien wie beispielsweise elektrisch leitfähige oder weichmagnetische Materialien sowie Formgedächtnispolymere zum Einsatz. Entwicklungsgegenstand ist es aktuell, mit demselben Drucker elektrisch leitfähige oder auch piezoelektrisch wirksame Pasten zu drucken, die unter UV-Licht ausgehärtet werden. Ziel ist es, eine Vielzahl funktionaler Materialien in der additiven Fertigung zu beherrschen, um vollständig strukturintegrierte Funktionsbauteile umsetzen zu können.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav10193ddruck


Dr. Bernd Rademacher

Redakteur

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