Additive Fertigung:Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft

Mit Ausnahme von Feuer ist keine Technologie jemals wirklich bereit, einen sinnvollen Beitrag zur Fertigung zu leisten, bis ihr Zeit zum Wachsen und Erweitern gegeben wird. Computer sind ein gutes Beispiel. Unser heutiges technisches Niveau wäre ohne Computer nicht möglich, und Jugendliche machen routinemäßig Selfies mit Handheld-Geräten mit mehr Rechenleistung als bei der Mondlandung. Es sollte daher keine große Überraschung sein, dass der 3D-Druck (auch als additive Fertigung oder einfach AM bekannt) noch nicht gehalten hat, was er verspricht.

Weiter mit der Computer-Analogie, die erste Maschine, die sogar vorgab, ein Computer wurde Mitte des 19. Jahrhunderts von Charles Babbage gebaut. Die Absicht hinter Babbages „Differenz-Engine“ war es, mathematische Tabellen schneller und zuverlässiger zu erstellen. Erst fast hundert Jahre später hielt so etwas wie moderne Computer Einzug, und der Heim-PC tauchte erst 1977 auf. Im Gegensatz dazu gibt es 3D-Druck erst seit 1986, als Chuck Hull von 3D Systems hatte die Idee zum ersten Mal bei der Entwicklung eines Verfahrens, bei dem UV-Licht zum Härten von Tischbeschichtungen verwendet wird.

Additive Explosionen in der Fertigung

Die Technologie ist in den letzten 30 Jahren kontinuierlich gewachsen und weiterentwickelt worden, aber die wahre Explosion des Interesses kam 2012 mit der Einführung von 3D-Heimdruckern. Vor den Heimsystemen war der 3D-Druck hauptsächlich auf Hinterzimmer und Labore beschränkt, wo er für das Rapid Prototyping verwendet wurde. Unternehmen wie MakerBot haben es geschafft, den Zeitgeist der aufkommenden Maker-Bewegung aufzugreifen und den 3D-Heimdrucker als ultimatives Werkstattwerkzeug zu bewerben. Während das Versprechen einer Demokratisierung der Technologie für viele Benutzer attraktiv war, sind die meisten verfügbaren 3D-Heimdrucker analog zum Hole-Punch-Computing. langsam und mühsam.

Obwohl das Interesse der Verbraucher an 3D-Heimsystemen zu- und abgenommen hat, haben sich Industrieanwendungen weiter entwickelt. Einer der enthusiastischsten frühen Anwender der AM-Technologie ist GE. Im Gegensatz zu Bastlern, die sich mit dieser aufregenden neuen Technologie beschäftigt haben, ohne sich der damit verbundenen Herausforderungen bewusst zu sein, erkannte GE schnell, dass 3D-Druckexperten erforderlich waren, um einen zeitnahen ROI zu erzielen.

Diese Erkenntnis führte dazu, dass GE im Jahr 2012 ein 3D-Druckunternehmen namens Morris Technologies erwarb. Genauer gesagt erweiterte die Übernahme das AM-Know-how von GE Aviation, wo dieses Wissen schnell in die Entwicklung einer Methode zum 3D-Druck von Kraftstoffdüsen für den Einsatz einfließen konnte in seinem LEAP-Triebwerk . Nach einigen Proof-of-Concept-Tests entschied sich GE für einen AM-Prozess namens Lasersintern, um die Düsen herzustellen, und entdeckte schnell zwei der Grundprinzipien des 3D-Drucks.

Flexibilität und Einsparungen

Der erste Grundsatz lautet, dass 3D-Druck möglicherweise das flexibelste Herstellungsverfahren ist jemals erfunden. Anstatt ein Teil zumindest teilweise auf der Grundlage der einfachen Herstellung zu entwerfen, beginnen 3D-gedruckte Teile in einer digitalen Umgebung, in der die Funktionalität im Vordergrund steht. Es ist sogar routinemäßig möglich, Teile mit extrem komplexen Innengeometrien zu bauen, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren unmöglich (oder außergewöhnlich teuer) zu produzieren wären. Die Düsen von GE verfügen über einen Überhang über eine interne Architektur, die in einem einzigen Bau hergestellt wird, anstatt mehrere Teile zu benötigen, die dann zusammengebaut werden müssen.

Der zweite Grundsatz lautet:3D-Druck spart Geld . Im Fall der Düse von GE sind die Einsparungen doppelt so hoch. Da das Teil in einer einzigen Fertigung hergestellt wird, spart die Fertigung mit AM Zeit. Obwohl der AM-Prozess selbst als langsam angesehen werden kann, ist es möglich, ein komplexes Teil in weniger als 24 Stunden zu produzieren, was im Vergleich zur alten Methode zur Herstellung einer Reihe kleinerer Teile, die zusammengebaut werden müssen, blitzschnell ist. Die Zeitersparnis beginnt durch den Wegfall der Montage, weitere Zeiteinsparungen durch die Reduzierung aufwendiger Bearbeitungen und noch mehr Zeiteinsparungen durch die Reduzierung oder den vollständigen Wegfall der Lieferkette.

Darüber hinaus bieten im 3D-Druck hergestellte Düsen erhebliche Materialeinsparungen. Bei Verwendung traditioneller subtraktiver Produktionsmethoden können Hersteller damit rechnen, dass bis zu 90 % des für die Herstellung eines Teils erforderlichen Materials verloren gehen. Dieser Verlust ist besonders störend in Industrien wie der Luftfahrt, die regelmäßig Titan und andere ähnlich teure Materialien verwendet. 3D-Druck reduziert jedoch die erwartete Materialverschwendung auf weniger als 10 %.

Die Zukunft

In einer Zeit, in der die Unsicherheit der Anleger den 3D-Druck in den Köpfen der Öffentlichkeit negativ beeinflusst hat, hat GE verdoppelt. Nach seinem ersten Vorstoß in AM im Jahr 2012 hat GE seither weitere Millionen in die Forschung und Entwicklung des 3D-Drucks investiert, darunter den Bau einer 300.000 Quadratfuß großen AM-Fabrik in Auburn und eines Center for Additive Technology Advancement in der Nähe von Pittsburg . Jedes Jahr werden die Systeme schneller, größer oder bieten eine bessere Auflösung. Mit der Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie hat sich GE bereits in die Lage versetzt, jede Verbesserung zu nutzen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis andere Unternehmen diesem Beispiel folgen.

Weitere Informationsressourcen:

3D-Druck und kleine Unternehmen

Geschäftsbeispiele

Unternehmen, die Additive verwenden

IIndustriebeispiele

Besonderer Dank an:
John Newman, freiberuflicher Autor in der Fertigungsindustrie.