3D-Druck für die Produktion:Diese eine Sache fehlt uns

Es ist schon ein paar Wochen her, seit ich an der Konferenz der Additive Manufacturing Users’ Group (AKA „AMUG“) teilgenommen habe, und ich habe lange über 3D-Druck für die Produktion nachgedacht. In vielen Präsentationen und Gesprächen auf der Veranstaltung ging es um die Massenproduktion mit 3D-Druck. Mein Fazit ist jedoch, dass wir noch Jahre davon entfernt sind, ob der 3D-Druck für die Produktion Realität wird.

In einigen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt wird der 3D-Druck heute für Endverbraucherteile verwendet! Sie drucken hochwertige Teile in geringer Stückzahl, mit denen sie jedes Jahr eine Menge Geld sparen können, indem sie weniger Kraftstoff verbrauchen. Luft- und Raumfahrtunternehmen haben Standards für ihre Anwendungen unter Verwendung sehr spezifischer Materialien und Maschinen aufgestellt (unsere zertifizierte Klasse Ultem9085 ist eine davon).

Die Einführung des 3D-Drucks für die Produktion steht vor vielen Herausforderungen. 3D-Druckunternehmen konzentrieren sich in der Regel auf die technischen Aspekte des 3D-Drucks – hauptsächlich die Druckgeschwindigkeit –, um die Akzeptanz zu fördern. Die größere Herausforderung liegt jedoch in den technischen Standards.

Während es viel spannender ist, über die neuesten Technologien zu diskutieren, die versuchen, die Massenproduktion mit 3D-Druck zu verwirklichen, sind technische Standards eine ernsthafte Herausforderung, die es zu bewältigen gilt. Aber warum sind technische Standards überhaupt wichtig? Und warum ist es so schwierig, sie für 3D-gedruckte Teile zu erstellen?

Engineering-Standards schaffen eine gemeinsame Sprache und Qualitätssicherung für zusammenarbeitende Unternehmen. Sie ermöglichen es einem Unternehmen, Teile von einem anderen zu kaufen, mit klaren Erwartungen an alle möglichen Eigenschaften:Teiletoleranz, Oberflächengüte und metallurgische Qualität, um nur einige zu nennen. Durch die Herstellung von Teilen nach einem festgelegten Qualitätsstandard erhält die Welt sicherere Teile und Produkte. Bei Anwendung auf den 3D-Druck wird die Festlegung dieser Standards kompliziert.

3 Herausforderungen für die Massenproduktion mit 3D-Druck

1. Anisotropie

Dies ist ein technischer Begriff für „ungleichmäßig stark“. Ein isotropes Teil hat die gleichen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften, egal aus welchem ​​Winkel Sie die Kraft anwenden. Immer noch bei mir? Ein 3D-gedrucktes Teil ist anisotrop von Natur aus, aufgrund des Schicht-für-Schicht-Prozesses, der es erzeugt.

In der traditionellen Fertigung ist ein Block aus Metall oder Kunststoff durch das gesamte Lagermaterial hindurch konsistent. Dadurch entstehen einheitliche Festigkeitseigenschaften, die sich leicht simulieren und vorhersagen lassen, wie sich die Teile unter Belastung verhalten.

2. Technologievarianten

„Wir brauchen Standards für 3D-gedruckte Teile“, ist eine einfach wegzuwerfende Aussage. Wenn man tiefer gräbt, ist dies eine enorme Herausforderung, da viele verschiedene Arten von 3D-Druck, verschiedene Materialien und unterschiedliche Qualität der Teile selbst innerhalb desselben Technologietyps vorhanden sind. Diese Herausforderungen sind bei der konventionellen subtraktiven Fertigung einfacher, da das Ausgangsmaterial seit vielen Jahren Standards hat.

Fused Deposition Modeling (FDM/FFF), Stereolithographie (SLA), Selective Laser Sintering (SLS) und Material Jetting (PolyJet) haben alle unterschiedliche Teileeigenschaften und verwenden unterschiedliche Materialien. Einen Standard für Teile mit einer so breiten Palette von Technologien und Materialien zu schaffen, ist ein gewaltiges Unterfangen, dessen Etablierung einige Zeit in Anspruch nehmen wird – und eine wahnsinnige Menge an Materialtestgutscheinen.

3. Prozessvariationen

Beim Schneiden von Standardmaterialien von der Stange ist es leicht zu erkennen, ob etwas schief geht. Das Material weist durchgehend eine einheitliche Konsistenz auf, sodass Probleme mit dem Teil auf der Oberfläche sichtbar sind. 3D-Druck hat fast immer eine andere innere Konsistenz (Infill) als seine äußere Hülle.

Nehmen wir an, Ihr Teil hat drei äußere Schalen. Wenn der 3D-Drucker auf der Innenschale nicht richtig extrudiert, woher wissen Sie das? Wenn Sie den 3D-Druck für die Produktion verwenden und ein Teil an einem Auto aufgrund eines Fehlers ausfällt, kann dies schwerwiegende Folgen haben. Die Etablierung eines Konstruktionsstandards für 3D-gedruckte Teile kann dazu beitragen, solche Probleme zu vermeiden, bevor sie entstehen.

Ist die additive Fertigung bereit für die Massenproduktion?

Ich glaube, dass die Massenproduktion mit 3D-Druck irgendwann beliebter sein wird als konventionelle (subtraktive) Fertigungsverfahren. Um es klarzustellen, mit „eventuell“ meine ich, dass die Technologie noch eine Reihe von Herausforderungen hat, bevor der 3D-Druck für die Produktion weit verbreitet ist. Die größte Herausforderung besteht darin, einen Qualitätsstandard für 3D-gedruckte Teile zu etablieren. Es wird einige Zeit – Jahre – dauern, bis die verschiedenen Engineering-Organisationen wie ISO und ASTM diese Standards erstellen, aber wenn sie es geschafft haben, freue ich mich, dass 3D-Druck von Unternehmen überall für Endverbrauchsteile verwendet wird.