ADDITIVE MANUFACTURING – EIN PARDIGMENWECHSEL IN KONSTRUKTION UND FERTIGUNG

Die Additive Fertigung ist eine der radikalsten Innovationen unserer Zeit, auf dem Weg in die Schweizer Maschinenindustrie. Kundeninduzierte Bauteile und Produkte sind auf Produktions-Level nicht mehr wegzudenken. Die technologische Reife im SLS (Selective Laser Sintern) und DMP (Direct Metal Printing) erlaubt es, anspruchsvolle Bauteile in der Direktfertigung werkzeuglos herzustellen. Während andere Druckverfahren wie FDM, CJPetc. auf RP (Rapid Prototyping und Concept Modelling) ausgerichtet sind, lassen sich gesinterte Bauteile direkt einsetzen.

Der Anteil von Produktion von echten Bauteilen im 3D Druck, die für finale Produkte im 3D Druck Bereich eingesetzt werden, hat bereits 2013 die Ein-Milliarden Dollar Grenze geknackt.  Auch Wholers Report unterstreicht, dass dies das grösste Einsatzgebiet in einer industriellen Serienfertigung in der Zukunft ist. Die Hersteller reagieren darauf und produzieren bereits heute beispielsweise den ProX 300 Direktmetalldrucker, der Metallpulver mit einer Korngrösse von 50 bis zu 5 µm sintert, was hervorragende mechanische Eigenschaften in Dichte, Oberflächenperformance und filigransten Wandstärken generiert. Eine serielle Fertigung von Bauteilen auf dieser Maschine wird durch das vollautomatisierte Materialhandling gewährt. Auch im Kunststoffbereich erweitern wir Kosteneffizienz durch  hohe Auffrischraten bei der Altpulvernutzung und optimale Prozessicherheit und Wiederholbarkeit durch das Zusammenwirken von einer ProX 500 (Plus) Kunststoff Sinteranlage und Materialqualitäts-Kontrollstation.

Doch alleine mit der Anschaffung einer Maschine ist es nicht getan. Beim additiven Bauprozess unterzieht sich der Nutzer weiterhin den vier wichtigsten Säulen:

  • Die Erstellung von Konstruktionsdaten (STL), mittels Zeichnung oder 3D Scanner
  • Die Datenaufbereitung, abgestimmt auf den additiven Prozess
  • Fertigung im Produktionsdrucker
  • Nachbearbeitung der gesinterten Bauteile (Oberflächenstrahlen, Gleitschleifen und gegebenenfalls Infiltration mit Farbe bei Kunststoff)

 

Vor dem Einsatz eines Direktfertigungsdruckers sollten die Anwendungen des zu entstehenden Produktes geprüft werden. Der Additive Schichtaufbau erlaubt freie Geometrie, die beispielsweise aus der Bionik abgeleitet werden können, oder mehrere Bauteile können miteinander kombiniert und weitere Komponenten integriert werden. Gerade im Leichtbau beispielsweise ist der Einsatz von AM für Gewichtsoptimierungen durch Gitternetzstrukturen, oder eine Steigerung in der Performance gefragt. Der Konstrukteur steht vor den Herausforderungen zu fertigende Produkte unter den neuen, erweiterten Gesichtspunkten zu entwickeln. Es muss ein Umdenken zum klassischen, subtraktiven konventionellen Verfahren stattfinden.

  • Geringe Winkel erhöhen die Sichtbarkeit von Stufen (Z-Achse)
  • Platzieren der Bauteile mit bester Verschachtelung für minimale Produktionszeiten und Kostensenkung (Schachteln, Auslegung in X / Y Achse)
  • Toleranzen für bewegliche Teile beachten
  • Löcher und Stäbe an Bauteildicke anpassen (je geringer die Wandstärke umso kleinere, präzisere Aussparungen möglich)
  • Eine Konstruktion, bei der die Entpulverung leicht fällt (Bsp. Eine geschlossene Kugel kann ohne Loch nicht entpulvert werden, Ritzen und kleine Details wie Rohre beachten)
  • Anpassung der Dreieckanzahl im STL an das zu produzierende Bauteil

 

In der Fertigung selber punktet das SLS und DMP Verfahren vor allem darin, dass werkzeuglos gebaut wird. Kleine Serienproduktionen ab Losgrösse 1, das Personalisieren von Produkten wie beispielsweise in der Medizin, oder eine integrierte Funktionalität wie wir diese von Scharnieren und Gelenken kennen. Oft spielt auch die Ökologie eine grosse Rolle, wo wir hier aufgrund geringem Materialverbrauch durch den additiven Vorgang punkten.

Eines der führenden Unternehmen in der Schweiz ist unser Kunde, die Firma Rüfenacht AG in Rohrbach. Als hochspezialisiertes und flexibles Schweizer KMU, produziert die Rüfenacht AG mittels additiver Fertigungstechnik, Fördertöpfe, Funktionsteile für den Maschinenbau und auch branchenfremde Kundenteile. Der bereits im Markt bekannte Markenname «STARBOWL» bezeichnet die neue Generation von Fördertöpfen, die mittels additiver Fertigungstechnik hergestellt werden. STARBOWL Fördertöpfe zeichnen sich aus durch absolut 100% Reproduzierbarkeit – auf Knopfdruck kann ein zusätzlicher oder ein Ersatztopf hergestellt werden. STARBOWL Fördertöpfe gehen einen Schritt weiter – alle möglichen bis hin zu für z.B. Frästechnologie unmögliche Geometrien sind mit STARBOWL herstellbar. Sie möchten Ihr Teil in einem Kanal wenden? Kein Problem für STARBOWL! STARBOWL Fördertöpfe besitzen nur ca. 25% Gewicht im Vergleich zu konventionellen Fördertöpfen und sind auch gut 50% leichter wie aus Polyamid gefräste Fördertöpfe – mehr Platz für Ihr Fördergut!

Der Paradigmenwechsel fängt bereits beim Umdenken einer Bauteilkonstruktion an und zieht sich durch die gesamte Prozesskette im AM weiter. Unternehmen die sich jetzt bereits jetzt auf diese Umstellung einlassen wollen, können vorab einen AM Kurs bei der Firma 3D-MODEL  AG / 3D Systems buchen. Dieser enthält diverse Chapter: Technologie Direct Metal Printing, Basic Design, Advanced Design, Co-Engineering Workshop und Hands-On Training. Um das Training optimal zu nutzen empfiehlt es sich, ein konkretes Beispiel mit in den Workshop zu bringen.

Fachartikel-Autor: Christiane Fimpel, 3D-MODEL AG / 3D SYSTEMS
Marmorgasse 9
8004 Zürich

Telefon: +41 43 243 90 36
Web: www.3d-model.ch / Email: sales@3d-model.ch

Tags: 3D Systems

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