Die versteckten Vorteile der Reduzierung der Materialkosten für den 3D-Druck

Immer wenn eine neue Fertigungstechnologie auf den Markt kommt, ist es unvermeidlich, dass Fachleute wissen möchten, wie viel die Implementierung kosten wird. Es ist nicht überraschend. Bei jeder Art von Großserienfertigung müssen die Kosten streng kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass der Betrieb den bestmöglichen Return-on-Investment liefert. Die additive Fertigung bildet keine Ausnahme von dieser Regel, wobei die langfristigen Kosten den Herstellern trotz der erheblichen Vorteile, die verschiedene AM-Technologien bieten können, ständig Sorgen bereiten.

Bei der additiven Fertigung sind die Materialkosten ein zentrales Anliegen. Während beispielsweise der Traum vom 3D-Druck mit Metall inzwischen Wirklichkeit geworden ist, sind die dafür benötigten Materialien noch recht teuer. Dies führt dazu, dass die Hersteller noch zurückhaltend sind, den Metalldruck im industriellen Maßstab umzusetzen. Materialverschwendung muss daher als Teil des gesamten Business Case für AM als Produktionswerkzeug sorgfältig berücksichtigt werden.

Die folgenden Bereiche stellen einen guten Ansatzpunkt dar, um die Materialkosten im eigenen Betrieb zu senken:

Betrachten Sie Materialeinsparungen während der Konstruktionsphase

Jeder feste Bereich eines 3D-gedruckten Teils erhöht die Gesamtmaterialkosten. Suchen Sie also nach Möglichkeit nach Möglichkeiten, Ihr Teil auszuhöhlen.

Minimieren Sie den Bedarf an Stützstrukturen

Stützstrukturen bleiben für eine Reihe von 3D-Drucktechnologien ein notwendiges Übel. Da diese in der Regel aus dem gleichen Material wie das fertige Teil gedruckt werden, stellen sie versteckte Materialkosten dar, die auf ein Minimum beschränkt werden sollten. Während bestimmte AM-Prozesse jetzt auflösbare Trägerstrukturen verwenden können, verursachen diese (und die zu ihrer Auflösung verwendeten Lösungsmittel) immer noch laufende Materialkosten.

Moderne CAD-Softwareplattformen bieten spezialisierte Werkzeuge zur Generierung von Stützstrukturen und zur Optimierung der Teileorientierung, um deren Einsatz möglichst gering zu halten. Wir empfehlen, diese Funktionen voll auszuschöpfen, sowohl in Bezug auf die Geschwindigkeit als auch, weil diese Programme automatisch die optimale Teileorientierung zur Minimierung von Stützen berechnen und möglicherweise zu einer Lösung gelangen, die für einen menschlichen Benutzer nicht sofort offensichtlich ist. Nutzen Sie wie immer alle Möglichkeiten der strategischen Automatisierung!

Material recyceln, wo immer möglich

Ein großer Vorteil der additiven Fertigung gegenüber herkömmlichen subtraktiven Techniken ist der Mangel an Abfallmaterial, das am Ende eines Projekts weggeworfen werden muss. Wenn es jedoch das Ziel ist, Materialverschwendung vollständig aus dem Prozess zu eliminieren, haben wir noch einen langen Weg vor uns. Das Thema Materialverunreinigungen beim Drucken führt dazu, dass beispielsweise beim pulverbasierten Druck keine 100%ige Wiederverwendung des Restmaterials möglich ist. Während übrig gebliebenes Pulver mit neuem Material vermischt und wiederverwendet werden kann, muss es zuerst sorgfältig gesiebt werden, um sicherzustellen, dass die Partikelgröße konstant bleibt. Es wird weiter daran geforscht, eine perfekte Lösung für diese Herausforderung zu finden. Insbesondere führt Renishaw fortlaufende Forschungen zu Druckbedingungen durch, die jegliche physikalische oder chemische Veränderungen der Druckmaterialien minimieren, obwohl hierfür Spezialdrucker wie das AM 250-Modell erforderlich sind.

Für den filamentbasierten Druck haben einige Forscher vorgeschlagen, die Materialkosten durch die Herstellung neuer Filamente aus recyceltem Kunststoff zu senken, obwohl diese Technologie derzeit eher für den Hobbymarkt geeignet erscheint, da die resultierenden Materialien für industrielle Anwendungen nicht geeignet sind. Nichtsdestotrotz ist das Konzept gut und rechtfertigt weitere Untersuchungen, sowohl im Hinblick auf die Senkung der Produktionskosten als auch auf die Verbesserung der Gesamtnachhaltigkeit der additiven Fertigung.

Messraten von Build-Fehlern

Wenn ein Build während des Druckprozesses fehlschlägt, bedeutet dies nicht nur einen Zeitverlust für die Ingenieure, das im fehlgeschlagenen Build verwendete Material kann nicht wiederverwendet werden. Wir empfehlen Ihnen dringend, alle Instanzen von Build-Fehlern im Rahmen Ihres täglichen Betriebs zu protokollieren, um laufende Probleme zu identifizieren. Idealerweise sollte dieser Prozess automatisiert werden, um sowohl die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, Probleme vor einem vollständigen Build-Fehler zu identifizieren, als auch um zu ermöglichen, dass alle Build-Daten in einer umsetzbaren Form zusammengestellt werden. Dadurch wird nicht nur unnötiger Materialabfall vermieden, sondern auch die Effizienz Ihres gesamten Betriebs gesteigert.

Erhöhte Nachhaltigkeit hilft der additiven Fertigung, Neuland zu betreten

Auch wenn es noch viel zu tun gibt, um die Wiederverwendbarkeit additiver Fertigungsmaterialien zu optimieren, sind die möglichen Vorteile groß. Da sich die Materialwissenschaft verbessert und neue Methoden des 3D-Drucks auf den Markt kommen, erwarten wir, dass sich weitaus effizientere und nachhaltigere AM-Betriebe etablieren werden. Dies wird nicht nur dazu beitragen, die Produktionskosten zu minimieren, sondern bietet auch neue Möglichkeiten für den Einsatz von AM auf neue Weise und in neuen Umgebungen. Zum Beispiel können wir Werkzeuge und Ersatzteile sehen, die vor Ort an anspruchsvollen oder abgelegenen Orten nach Bedarf erzeugt, einmal verwendet und dann wieder in druckfähiges Material zerlegt werden, wenn sie nicht mehr benötigt werden.

Wenn solche Methoden praktikabel werden und sich in den Best Practices der Branche widerspiegeln, werden wir mit Sicherheit erleben, dass die additive Fertigung in eine neue Phase ihrer Entwicklung eintreten wird, auf eine Weise, die wir nie vorhergesehen hätten.