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DER KONSTRUKTEUR 4/2016

DER KONSTRUKTEUR 4/2016

3D-Druck im Trend

3D-Druck im Trend Chancen und Grenzen additiver Fertigung Das Thema additive Fertigung bewegt viele von uns. Vom Prototypen bis zur Kleinserie kommen entsprechende Verfahren heute schon teilweise zum Einsatz. Auch im Zusammenhang mit Industrie 4.0 sind additive Fertigungsverfahren immer wieder im Gespräch. Wo stehen wir heute, wie sehen wir Möglichkeiten und Grenzen und welche Chancen bieten solche Verfahren für die Gestaltung und Entwicklung neuer Produkte? Die Redaktion sprach zu diesem Themenkomplex mit einem Anbieter und mit Anwendern additiver Fertigungsverfahren. Wir bieten mit dem Laser Sintern ein pulverbasiertes, additives Fertigungsverfahren für Kunststoffe und Metalle an. Je nach Werkstoff gibt es verschiedene nutz bare Bauraumgrößen: Diese reichen heute im Kunststoffbereich von 200 × 250 × 330 mm bis hin zu 700 × 380 × 580 mm und im Metallbereich von Durchmesser 100 × 95 mm bis max. 400 × 400 × 400 mm. Das Verfahren ermöglicht in vielen Bereichen mittlerweile eine vollwertige Serienproduktion. Einheitliche, wiederholbare und höchste Teilequalitäten sind hier von entscheidender Bedeutung. Dabei sind System, Werkstoff und Prozess die drei zentralen Elemente der Additiven Fertigung, die einen unmittelbaren Einfluss auf die Güte des gefertigten Bauteils haben. Die Additive Fertigung bietet vielfältigste Möglichkeiten und Vorteile: Ein hohes Maß an Designfreiheiten, Verkürzung F&E Zeiten, Senkung der Produktionskosten, Leichtbau, Funktionsintegration, komplexe Geometrien, kundenindividuelle Produkte, bionische Strukturen. Im engen Dialog mit unseren Kunden entstehen auf dieser Basis neue Produkte und Geschäftsmodelle. Gleichzeitig ergeben sich auch Handlungsfelder für kontinuierliche Verbesserungen, an denen wir heute bereits arbeiten, oder die wir in den nächsten Jahren kontinuierlich vorantreiben werden: eine weitere Optimierung der Teilequalität, Reduzierung von Stückkosten, Skalierbarkeit unserer Bauräume, Qualitätssicherung im Bauprozess, Industrialisierung des Bauprozesses und die Integration in bestehende Fertigungsumgebungen. Claudia Jordan, Unternehmenskommunikation EOS GmbH, Krailing Additive Verfahren ermöglichen uns, auf Kundenanfragen innerhalb kürzester Zeit mit Designmustern zu reagieren. Dadurch lassen sich Entwicklungszeiten und Schnittstellenklärungen deutlich verkürzen – im Projektgeschäft ein Schlüssel zum Erfolg! Wir setzten additive Verfahren auch ein, um Kunststoffspritzgusswerkzeuge für Kleinserien herzustellen. Hier ist es nur durch Additive Manufacturing möglich, in 24 Std. zu einem Kunststoffspritzgussteil zu kommen. Im Bild ist ein Kunststoffspritzguss-Formeinsatz zu sehen, mit dessen Hilfe wir im konkreten Fall nach zwei Optimierungsschleifen in drei Tagen einbaufähige TPE-Spritzgussteile realisiert haben. In einem Entwicklungsprojekt für ein Elektronikgehäuse haben wir nachgewiesen, dass sich durch 3D-Druck eines Montagemusters nicht nur die Dauer einer Entwicklungsschleife von 20 auf 2 Tage reduzieren ließ, sondern auch die Kosten um 60 % niedriger waren. Als Unterstützung im Entwicklungsprozess ist für uns der 3D-Druck inzwischen unverzichtbar. Kunden innerhalb weniger Tagen einen plastischen Eindruck unserer Lösung in die Hand zu geben, ist ein unschätzbarer Wettbewerbsvorteil. Direkte Anwendung finden die durch additive Fertigungsverfahren hergestellten Bauteile bei uns derzeit nur in nichtfunktionalen Teilen, da Werkstoffe und Oberflächen noch nicht unsere Anforderungen für Funktionsbauteile erfüllen. Größtes Hemmnis für den breiten Einsatz in Funktionsbauteilen ist aktuell, dass die Verfügbarkeit normierter Werkstoffkennwerte sowie die verfügbaren metallischen Werkstoffe für die Antriebstechnik noch begrenzt sind. Michael Lesch, Experte Technologieidentifizierung und -validierung, Wittenstein AG, Iggersheim (im Bild sitzend, Mitte) 32 Der Konstrukteur 4/2016

FOKUSTHEMA I INDUSTRIE 4.0 Festo hat seit 1995 Erfahrung in der generativen Fertigung. Zuerst ging es uns nur um Konzeptmodelle für die Entwickler. Dann kamen generativ gefertigte Funktionsprototypen hinzu, die wir für Tests einsetzen. Inzwischen wird sogar in der Kleinserienfertigung mit Teilen aus dem 3D-Drucker gearbeitet. Hier können wir den Serienanlauf durch die gedruckten Teile enorm beschleunigen. Dies gilt insbesondere für kundenspezifische Lösungen. Die Möglichkeiten und Chancen, die in der Nutzung der additiven Fertigungstechnologien liegen, sind enorm – werden heute aber erst sehr begrenzt genutzt. Entscheide ich mich aufgrund von Randbedingungen nicht für ein klassisches Verfahren, sondern für den 3D-Druck, muss die Fertigung noch intensiver in den Designprozess eingebunden werden. So kann man bewusst in der Auslegung über Funktionenintegration, Einzelteilereduktion oder bionische Leichtbaustrukturen nachdenken und so das Potenzial der generativen Technologien nutzen. Dieselben Randbedingungen führen aber auch dazu, dass die additive Fertigung nicht zur Ablösung etablierter Serienfertigungsverfahren wird, sondern eher zu einer Ergänzung. Forschung und Entwicklung müssen hauptsächlich im Hinblick auf die Serienfertigung betrieben werden. Hier ist es unerlässlich, geometrisch und mechanisch identische Teile zu fertigen, was bis heute noch eine große Herausforderung ist. GESCHAFFEN, UM OPTIMALEN DRUCK AUSZUÜBEN. Klaus Müller-Lohmeier, Leiter Materials and Analytics, Festo AG, Esslingen Wir setzen solche Verfahren schon seit längerem ein. Speziell im Bereich der frühen Prototypen, Design Muster aber auch erste Kundenmuster kommt der 3D Druck zum Einsatz. Im Wesentlichen sind dies dann Muster ohne Funktion, in seltenen Fällen erstellen wir auch Funktionsmuster, jedoch sind diese in den Eigenschaften nicht auf einem möglichen Serienstand. Die heute verfügbaren Systeme beinhalten Kunststoffe mit Temperaturbeständigkeit im Bereich 75 bis 90 °C. Wir suchen nach Lösungen im Bereich konstanter Belastbarkeit bis 120 °C für Gehäuse unserer thermisch magnetischen Schutzschalter. Durch auftretende Funken und Lichtbögen kann hier das Gehäuse material sehr leicht angeschmolzen werden. Dies führt zu Problemen bei der Verwendung von Funktionsmustern. Hier liegt aktuell noch eine technologische Grenze. Weitere Nachteile, je nach System, sind die verwendeten Stützmaterialien und die damit teils aufwändigen Reinigungsprozesse. Der klare Vorteil von 3-D Druck ist die schnelle Verfügbarkeit von Handmustern, Probeteilen etc. Hier ist eine Lieferfähigkeit innerhalb 24 bis 48 Stunden nach Auftragsvergabe möglich. Die Kosten hierzu sind überschaubar. Hinzu kommt, dass man bei der Erstellung von Probeteilen nicht explizit auf deren Fertigbarkeit achten muss. Im Druckverfahren hergestellte Teile können so komplex sein, dass sie teilweise nach konventionellen Methoden nicht herstellbar wären. Damit sind diese Verfahren herkömmlichen Fertigungsfahren in diesen Aspekten überlegen. Die Nutzung von solchen Systemen ist für uns aus der Entwicklung nicht mehr wegzudenken. Ralf Dietrich, Leiter Produkt und Marktentwicklung bei E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Altdorf TOX ® -Kraftpaket von 2-2000 kN •Pneumohydraulik mit pneumatischem Anschluss •Energiesparend, leise und sauber •Kundenlösungen und umfangreiches Standardprogramm schnell lieferbar Entwickelt zum •Fügen •Stanzen • Umformen • Einpressen Bewiesene Qualität • Über 150.000 Geräte im Einsatz •Garantie auf 10 Mio. Hübe •Weltweite Präsenz TOX ® PRESSOTECHNIK GmbH &Co. KG Riedstraße 4 D-88250 Weingarten Tel. 0751 5007-0 Fax 0751 52391 www.tox-de.com Der Konstrukteur 4/2016 33

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