Wie additive Fertigung und traditionelle Fertigung sich ergänzende Prozesse sind

Die additive Fertigung, auch als 3D-Druck bekannt, ist der Prozess der Herstellung eines Produkts mithilfe von 3D-Objektscannern oder CAD-Software (Computer Aided Design), um Material Schicht für Schicht in präzisen geometrischen Formen aufzubringen, im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Herstellungsprozessen, die dies beinhalten Entfernen von Schichten von einem Materialblock, um ein Design zu erstellen. Zum Beispiel ist das Schneiden einer Metallstange in Stücke ein sehr einfaches Beispiel für einen traditionellen Herstellungsprozess. Angesichts der großen Popularität des 3D-Drucks und der Verfügbarkeit besser geeigneter Metalle freuen sich die Hersteller jedoch darauf, beide Verfahren in der Produktionslinie anzuwenden. Ziel ist es, die additive Fertigung und die traditionelle Fertigung als komplementäre Verfahren zu kombinieren, um eine perfekte Produktveredelung anzubieten.

Im Folgenden erörtern wir die Vorteile der additiven Fertigung und wie die additive Fertigung und die traditionelle Fertigung zusammen verwendet werden können, um qualitativ hochwertige Produkte herzustellen.

Die wachsende Popularität der additiven Fertigung

Viele Maschinisten, Verarbeiter und Hersteller haben in den letzten Jahren immer mehr die additive Fertigung eingesetzt, da sie viele Vorteile bietet, wie z. B. weniger Materialabfall. Hier beschreiben wir einige dieser Vorteile ausführlicher.

Am besten geeignet für schnelles Prototypen- und Ersatzteildesign

Die schrittweise Entwicklung des 3D-Drucks hat es großen Herstellern wie Boeing, GE und Siemens ermöglicht, mühelos komplexe Prototypendesigns zu erstellen. Siemens verwendet additive Fertigungstechnologie, um Ersatzteile für seine verschiedenen Produkte herzustellen, wodurch die Reparaturzeit in einigen Fällen auf 90 % reduziert wird. Darüber hinaus druckt Siemens sie nur bei Bedarf, wodurch Kosten im Zusammenhang mit Überproduktion und anderer Logistik reduziert werden.

Reduziert Materialverschwendung

Die Arbeit mit einem großen Titanblock zur Herstellung von Luft- und Raumfahrtkomponenten erzeugt bis zu 90 % Abfall. Wenn die Hersteller nicht erwägen, die Reste zu recyceln, fügen sie einfach mehr Betriebskosten in Bezug auf die Abfallbewirtschaftung hinzu. Die intrinsische Fähigkeit des 3D-Drucks, Materialien Schicht für Schicht in den genau erforderlichen Formen hinzuzufügen, reduziert den Materialabfall, der oft durch subtraktive Herstellungsmethoden entsteht, bei denen überschüssiges Material entfernt werden muss, um ein Design zu erstellen.

Verkürzt die Fertigungszeit

Verschiedene metallische Teile, die durch additive Fertigungsverfahren hergestellt werden, kosten weniger, da die für die Herstellung benötigte Zeit drastisch reduziert wird. Komplexe Formen können einfach hergestellt werden, ohne dass Werkzeuge, Matrizen oder Formen verwendet werden müssen. Da das Teil außerhalb einer Maschine gedruckt wird, nimmt das Entwerfen komplexer Strukturen wie Gitter oder Waben weniger Zeit in Anspruch.

Trotz vieler technologischer Vorteile kann die additive Fertigung herkömmliche Fertigungstechniken nicht vollständig ersetzen. Ein durch additive Fertigung hergestelltes Teil muss möglicherweise noch bearbeitet werden, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Daher erwägen viele Hersteller ein Hybridmodell, das beide Prozesse nutzt.

Hybridmodell:Nutzung von additiver Fertigung und traditioneller Fertigung als komplementärer Prozess

Die Hybridfertigung ist ein Prozess, der CNC-Bearbeitung und additive Fertigung kombiniert, wobei Hersteller die 3D-Drucktechnologie als Werkzeug verwenden, um ihren Gestaltungsbereich zu erweitern, während sie sich auf traditionelle CNC-Prozesse stützen, um das gewünschte Produkt auf den Tisch zu bringen.

Warum ist es also manchmal notwendig, die additive Bearbeitung und die traditionelle Fertigung als komplementären Prozess zu kombinieren? Während die additive Fertigung komplizierte geometrische Formen schnell und einfach herstellen kann, bietet sie weniger Präzision als die CNC-Bearbeitung, da die von einem 3D-Drucker hergestellten Teile oft nur endkonturnah sind. Auf der anderen Seite ist es viel schwieriger, komplexe Formen mit herkömmlichen Herstellungsmethoden zu erstellen, aber diese Methoden können engere Toleranzen einhalten und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit des Produkts leichter erzeugen.

Die folgende Tabelle fasst die Vor- und Nachteile beider Methoden zusammen.

Die hybride Fertigung nutzt das Beste aus beiden Fertigungsprozessen und beinhaltet die Anwendung von additiven und subtraktiven Prozessen nacheinander. Zum Beispiel kann ein additives Fertigungsverfahren wie Directed Energy Deposition (DED), das einen Laser- oder Elektronenstrahl verwendet, um Materialien zu schmelzen, wenn sie durch eine Düse auf eine Bauplattform aufgebracht werden, anfänglich durchgeführt werden, um das Teil zu erzeugen. Das Teil kann dann CNC-bearbeitet werden, um die gewünschte Oberflächengüte und Toleranz zu erreichen.

Andere beliebte additive Fertigungsverfahren, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren kombiniert werden können, sind:

• Pulverbettfusion: Ein Laser- oder Elektronenstrahl wird verwendet, um Materialpulver zu schmelzen und zu verschmelzen, um ein 3D-Teil zu bilden. Während dieser Prozess DED ähnlich ist, unterscheidet er sich darin, wie er Material ablagert.
• Metallbindemittelstrahlen: Besonders häufig bei Massenanwendungen wird ein flüssiges Bindemittel auf dünne Pulverschichten aufgebracht, die im Wesentlichen zusammenkleben, um Schicht für Schicht ein Objekt zu erzeugen.

Alle diese Prozesse können mit einer einzigen Hybridmaschine durchgeführt werden, die von einer begrenzten Anzahl von Personen aus sicherer Entfernung programmiert und bedient wird. Durch die Implementierung einer Hybridfertigung mit einer einzigen Maschine kann das Produkt oder Teil in einer einzigen Einrichtung gedruckt und bearbeitet werden, wodurch die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert wird.

Weitere Vorteile der Verwendung einer Hybridmaschine sind die folgenden:

• Weniger Investitionsausgaben für Ausrüstung
• Schnellere Lieferzeiten
• Weniger benötigte Lagerhaltung, Platzersparnis
• Die Möglichkeit, das Innere des Teils während der Produktion zu bearbeiten, was eine hervorragende Qualitätskontrolle ermöglicht

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