Additive Fertigung und Spritzguss – eine neue Vision für den Produktionslebenszyklus

Das Interesse der Hersteller an Hybridprozessen ist derzeit sehr groß:die Praxis, mehrere Fertigungstechniken zu kombinieren, um Ergebnisse zu erzielen, die sonst schwierig (oder sogar unmöglich) wären. Dies ist ein wichtiger Teil der Entwicklung der additiven Fertigung von einem reinen Prototyping-Tool zu einer praktikablen Produktionstechnik. Obwohl viel darüber geschrieben wurde, wie AM schließlich traditionelle, subtraktive Methoden in Produktionsabläufen ersetzen wird, unterstützen die aktuellen Erkenntnisse diese Vision nicht. Jüngste AM-Innovationen und Erfolgsgeschichten zeigen, dass es tatsächlich die Entwicklung effektiver Hybridprozesse ist – und robuster Systeme, um diese zu nutzen – die AM als Standardbestandteil des Produktionslebenszyklus etablieren werden.

Ziehen Sie Projekte in Betracht, bei denen typischerweise Spritzguss verwendet wird (z. B. Autoteile). Seit Jahren besteht die beste Praxis darin, additive Fertigungstechniken während der Prototypenphase einzusetzen und dann Spritzgießen für die endgültigen Produktionsteile zu verwenden. Dies ist ein logisches System – AM bedeutet, dass einmalige Prototypen schnell und zu minimalen Kosten geliefert werden können, während Spritzguss Konsistenz, Qualität und Wirtschaftlichkeit beim Beginn der Großserienproduktion bietet. Dieser Ansatz ist jedoch nicht ohne Nachteile.

Metallformen sind teuer und zeitaufwändig in der Herstellung, wobei die Produktion in der Regel etwa sechs Wochen dauert und die Werkzeugkosten oft zu einem großen laufenden Kostenfaktor werden. Dies hat sie bisher für den Einsatz in der Prototyping-Phase unpraktisch gemacht, wo Teile oft eine Reihe von Iterationen durchlaufen, von denen jede ihre eigene Form erfordert. Um dieser Einschränkung entgegenzuwirken, gewinnt der Einsatz von 3D-gedruckten Spritzgusswerkzeugen für Produktionsteile langsam an Popularität. So lassen sich bei Bedarf schnell und kostengünstig Formen herstellen, die Prototypen mit den gleichen Materialqualitäten wie die geplanten Serienteile liefern.

Die größte Herausforderung besteht dabei darin, bedruckbare Materialien auszuwählen, die die für den Spritzguss erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen. Kunststoffformen reagieren beispielsweise sehr unterschiedlich auf Hitze, daher ist es wichtig, dies bereits in der Planungsphase eines Projekts zu berücksichtigen, um ein Verziehen zu vermeiden. Darüber hinaus müssen Kunststoffwerkzeuge nach dem Gebrauch länger gekühlt werden (idealerweise mit Luft), was in den Gesamtprojektzeitplan einkalkuliert werden muss. Sie produzieren auch in der Regel weniger Teile als eine Werkzeugstahlform und liefern etwa 50 Teile, bevor sie unbrauchbar werden.

Metallformen sind daher am Anfang der Großserienfertigung die praktikabelste Option, obwohl AM auch hier Chancen für neue Prozessverbesserungen und Kosteneinsparungen bietet. Mit dem Aufkommen von 3D-Metalldrucktechniken (wie DMLS) können auch Metallformen ohne die üblichen Wartezeiten nach den gleichen hohen Standards wie werkzeuggebundene Versionen gedruckt werden – eine attraktive Option für Kleinserien, Einzelstücke, oder Projekte, bei denen es notwendig ist, eine Form zu testen, bevor sie in großen Stückzahlen produziert wird.

Es geht also nicht nur darum, einen 3D-Drucker in einen etablierten Prototyping-/Produktionszyklus einzubinden – es muss ein ganz neuer Workflow etabliert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die potenzielle Belohnung ist jedoch groß und ermöglicht es Herstellern, sowohl beim Prototyping als auch bei der Produktion einen schnelleren und agileren Ansatz zu verfolgen. Prototypen können mit genau den gleichen Materialien hergestellt werden, die für die Serienversionen verwendet werden, wodurch Fehler erkannt und Feinabstimmungen viel schneller durchgeführt werden können. Dies wird die Zeit, die für den Übergang vom Prototyp zur Produktion benötigt wird, schnell verkürzen. Sobald die Produktion beginnt, können bei Bedarf neue Formen hergestellt werden, was zur Senkung der Lagerkosten und zur Steigerung der Betriebseffizienz beiträgt.

Der Einsatz von 3D-gedruckten Formen wird bereits in einer Reihe von Sektoren untersucht, darunter Medizin (für die Herstellung von chirurgischen Teilen, die sehr strengen Vorschriften unterliegen) und Automobil (für die Herstellung von Reifen und anderen Autoteilen). Sektor, in dem Flexibilität bei der Teileerstellung erforderlich ist, könnte leicht von dem Ansatz profitieren.

Dies ist nur ein Beispiel dafür, wie die additive Fertigung traditionelle Verfahren ergänzen kann, anstatt sie zu ersetzen. Wenn sie als Teil eines gut verwalteten Workflows zusammengeführt werden, werden ihre jeweiligen Nachteile gemildert und ihre Stärken verstärkt.