Der Konstrukteur 11-12/2022

SPECIAL 3D-DRUCK VON DER

SPECIAL 3D-DRUCK VON DER IDEE ZUR PRODUKTION Viele Jahre lang galt die additive Fertigung als eine Zukunftstechnologie. Doch jetzt kann der 3D-Druck für die Massenproduktion eingesetzt werden. Für Ingenieure und Designer eröffnet die Technologie zahlreiche neue Möglichkeiten. Was das für Produktentwicklung und Konstruktion bedeutet, lesen Sie hier. SPECIAL Für die Produktion von Teilen im Maschinen- und Fahrzeugbau, in der Elektrotechnik sowie für maßgeschneiderte Teile in medizin- und zahntechnischen Bereichen kommt statt der herkömmlichen Produktionsmethoden immer öfter 3D-Druck-Technologie zum Einsatz. Aber auch Massenartikel für Endverbraucher wie Fahrradsättel und Zwischensohlen von Turnschuhen entstehen in großer Zahl im 3D-Drucker. Der Vorteil: Weitaus mehr Möglichkeiten im Produktdesign, zielgerichtete Auswahl aus einem umfangreichen Set an Material-Optionen und Funktionen sowie eine wesentliche Verkürzung der Lieferketten. Einfach gesagt: Bessere Produkte in kürzerer Zeit. Andreas Tulaj, Vice President Sales Europe, Carbon, Frankfurt am Main PRODUKTIONSGESCHWINDIGKEIT ERHÖHT Eine der fortschrittlichsten 3D-Druck-Fertigungsmethoden, die es derzeit gibt, ist Carbon DLS (Digital Light Synthesis). Digitale Lichtprojektionen treffen in den 3D-Drucksystemen auf flüssige Kunststoffe und härten das Material mit großer Präzision aus. Wie von Geisterhand wachsen softwaregestaltete Bauteile oder fertige Produkte aus dem Flüssigkeitsbad. Die Innovationskraft von Carbon DLS ergibt sich dabei vor allem aus der Kombination einer Reihe neuartiger Basismaterialien mit vielseitiger Designsoftware und Hightech-3D-Druckern. So kann der Konstrukteur unterschiedlichste Produkte entwerfen, entwickeln und anschließend auf derselben Plattform mit einem 3D-Drucksystem realisieren. Konstruktion und Produktion fallen dabei weitgehend zusammen, da die cloudbasierte Design Engine Software von Carbon optimal auf verschiedene 3D-Drucker abgestimmt ist und neu entworfene Produkte unmittelbar in der gewünschten Qualität und Stückzahl realisiert werden können. 70 DER KONSTRUKTEUR 2022/11-12 www.derkonstrukteur.de

SPECIAL 3D-DRUCK 01 Aufbau lässt sich dabei in der cloudbasierten Design Engine Software mithilfe umfangreicher Datenbanken je nach Funktionsbedarf zum Beispiel als hochleistungsfähige Mehrzonen-Gitterstruktur auf den entsprechenden Einsatzbereich anpassen. Maßgeschneiderte Pads mit dämpfenden Eigenschaften, Ableitung von externen Kräften oder gezielter Rückfeder-Effekte sind nur einige aus einer Vielzahl der möglichen material- und konstruktionsbedingt möglichen Produkteigenschaften. VERKÜRZUNG VON DESIGNZYKLEN UND LIEFERKETTEN Beim herkömmlichen Spritzgussverfahren wird jeder Schritt mit unterschiedlichen Technologien durchgeführt: Produktdesign, Prototyping, Entwurf und Herstellung der erforderlichen Formen und Werkzeuge und schließlich die Serienproduktion. Die Plattform von Carbon fasst den Design- und Produktionsprozess nahtlos zusammen. Die Produktdesigner können mithilfe des Lattice-Generators der Design Engine Software Produkteigenschaften wie Härtegrad, Dehnbarkeit, Rebounce-Effekte und vieles mehr präzise vorab berechnen und unmittelbar umsetzen. Ein globales Partner-Netzwerk an Drucker- und Produktionsstandorten verkürzt Transportwege und Lieferzeiten. Insofern ist Carbon nicht nur ein Hersteller von hocheffizienten 3D-Druckern für den industriellen Einsatz, sondern bietet seinen Industriekunden ein umfassendes Produktionskonzept an. Das gesamte System bezeichnet Carbon dabei als „Idea-to- Production“-Plattform, weil Design und Produktion darin weitgehend integriert sind. Entwurfs- und Produktionszyklen lassen sich mit dieser Plattform beschleunigen, benötigte Teile in kürzerer Zeit entwerfen und herstellen. MATERIALVIELFALT UND ERWEITERTE FUNKTIONSDESIGNS 02 01 Die DLS-Technologie ermöglicht, Produkte je nach Einsatzbereich in verschiedensten Härtegraden als solide Teile oder als flexible Gitterstrukturen herzustellen 02 Ersatzteile können lokal gedruckt werden – hier das 3D-gedruckte Bauteil einer Feststellbremse Für Designer und Konstrukteure ist dabei insbesondere relevant, wie es die DLS-Technologie ermöglicht, Produkte je nach Einsatzbereich in verschiedensten Härtegraden als solide Teile oder als flexible Gitterstrukturen herzustellen. Der jeweilige interne NACHHALTIGKEIT UND LEICHTBAU IM FOKUS Im Bereich der Nachhaltigkeit hat Carbon bereits Fortschritte in zentralen Schlüsselbereichen erzielt und arbeitet weiterhin an möglichst nachhaltigen Lösungen. So ermöglicht Carbon in vielen Fällen eine lösungsmittelfreie Reinigung der neu gedruckten Teile. Darüber hinaus verwendet Carbon auch vermehrt biologisch oder pflanzlich erzeugte Rohmaterialien. Das Harz namens EPU44 besteht beispielsweise zu 40 Prozent aus pflanzlichen Rohstoffen, ist hochleistungsfähig und hat eine niedrigere Viskosität. Von einem renommierten Sportartikelhersteller wird es bereits in großen Mengen für die Produktion 3D-gedruckter Zwischensohlen verwendet. Ein festeres Material ist dagegen zum Beispiel das RPU130. Es besteht zu 25 Prozent aus pflanzlichen Rohstoffen und ermöglicht Produkte mit sehr hoher thermischer Stabilität und Schlagfestigkeit. Auch der Einsatz der DLS-Technologie für Leichtbau und Materialreduzierung bringt entscheidende Punkte für die Funktionseigenschaften der hergestellten Produkte. Die gewünschten Eigenschaften können auf der Grundlage eines soliden CAD-Modells individuell eingestellt werden. Ein Lattice-Design, das den Anforderungen genau entspricht, reduziert den Einsatz von Material und ermöglicht leichtere Teile bei gleichzeitig höherer Performance der Produkte. SCHNELLER ERSATZ BEI LIEFERENGPÄSSEN In den letzten Jahren haben sich die 3D-Druck-Technologie, die Hardware und das Material immer weiter verbessert, sodass heute Produktion großindustriell möglich ist. Die Idee des 3D-Drucks entstand vor nunmehr 80 Jahren und seit 40 Jahren kommt die Technologie in der Praxis zum Einsatz. Doch erst jetzt erlebt die additive Fertigung den Schub als Innovationstreiber und effiziente, schnellere Alternative für die Serienfertigung. Hier kommen neben den genannten Vorteilen und technischen Fortschritten auch das aktuelle Problem der Lieferketten-Engpässe ins Spiel: Die aktuelle geopolitische Situation und die Corona-Pandemie haben die Nachfrage nach neuen Ansätzen beschleunigt. Die additive Fertigung bietet inzwischen praktikable Lösung für schnelle Ersatzproduktion bei möglichen Lieferengpässen, denn Teile können lokal gedruckt werden, unabhängig davon, in welchem Teil der Welt sie entworfen worden sind. Das ist nicht nur eine weitere Perspektive für den 3D-Druck, sondern wird bereits Realität und untermauert die Bedeutung der Technologie schon heute für die industrielle Produktion. Bilder: Carbon 3D-DRUCK IST IN DER INDUSTRIELLEN PRODUKTION ANGEKOMMEN www.carbon3d.com www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2022/11-12 71