Interview mit Prof. Ian Campbell: Design für Additive Fertigung an der Loughborough University

Professor Ian Campbell ist führender Forscher an der Loughborough University, wo das Design for Additive Manufacturing (DAM) Programm neu definiert, wie komplexe Teile konzipiert und produziert werden. Mit 40+ peer-reviewed Publications, ist er Editor des Rapid Prototyping Journal und seit 2014 Consultant für Wohlers Associates.

In diesem Interview erkunden wir Evolution der additiven Fertigung (AM), Rolle der Automatisierung, Versprechen von Mass Customisation und Hybrid-Produktion.

Q: Wie sind Sie erstmals in AM involviert worden?

Ich begann während Masterstudium an Warwick University 1993, als Stereolithografie noch nascent Technologie war. Wechsel zu Nottingham University später jenes Jahres gab Zugang zu Campus-Stereolithografie-Maschine, fokussierte PhD auf Beziehung zwischen Design und Rapid Prototyping.

Meine Prämisse: Rapid Prototyping würde zu vollskaligem Produktionsprozess evolvieren – Vision, die sich wenige in 1990ern vorstellen konnten. Wäre das wahr, müssten Designer lernen, spezifisch dafür zu designen. Das wurde Kern meiner Doktorforschung.

Q: Ironischerweise ist Design für AM heute riesiges Talking Point. Wo stehen wir, was braucht Fortschritt?

Fortschritt ist ungleichmäßig. Bestimmte Firmen, besonders Aerospace, nutzen AM-Stärken schon für Lightweighting, intricate interne Geometrien, Topologieoptimierung. Viele Designer fehlt jedoch tiefes Verständnis von AM-Fähigkeiten und Gelegenheit, Workflows darum neu zu imaginieren.

Deutlicher Knowledge Gap across Design-Community. Neue Absolventen erhalten jetzt Education inkl. AM, aber seasoned Professionals brauchen oft Technology-Exposure zum Unlock der Benefits.

Diese Lücke ist Key-Fokus des neuen Masters-Programms, das wir kürzlich launchten – equippt Studierende mit theoretischem Wissen und Hands-on-Experience.

Q: Wo sehen Sie Design für AM in fünf Jahren?

In fünf Jahren antizipiere ich breitere Anerkennung von AM als viable Production Route, prompting widespread Adoption von Design-for-AM-Prinzipien – besonders bei next-gen Designern, die von Tag 1 an in Technologie trainiert werden.

Wir erwarten auch Surge in Design-Automation. Tools wie Topologieoptimierung existieren bereits, emerging Software generiert automatisch Gitterstrukturen, eliminiert Bottleneck manueller Geometrieerstellung. Reicheres Automation-Tool-Ökosystem wird essenziell, um AM-Potenzial voll auszuschöpfen.

Letztlich wird comprehensive Suite automatisierter Designtools gesamten Workflow straffen – von Konzept bis Fertigteil.

Q: Automatisierung ist Key-Trend in AM. Wie sehen Sie Automation-Evolution für AM?

Aktuelle AM-Prozesse verlassen sich noch heavily auf Manual Labor. Automation kann Teileplatzierung optimieren, Bauzeiten vorhersagen, Oberflächenfinish basierend auf Orientierung simulieren. Future Systems: Closed-Loop-Feedback, auto-adjusting Parameter für Qualitätsverbesserung mid-build.

Jüngste Software erlaubt Designern, kritische Constraints – Kontaktpunkte, Krafteinwirkungen – einzugeben, und CAD-System wächst Geometrie autonom, komplementär zu traditioneller Topologieoptimierung, die Material entfernt.

Substantielle Opportunity, Automation across Value Chain zu extend – von Ideation bis Post-Processing.

Q: Sie leiten aktuell Forschungsprojekt zu Customisation für Automotive. Mehr dazu?

Projekt partnerschaftet mit rumänischen Suppliers für Customised Components in Automotive-Applikationen. Pilotstudien untersuchen funktionale Customisation – z. B. Fahrwerkstuning für Fahrstile – und ästhetische Customisation, wie ergonomische Griffe, Dashboard-Konturen.

Q: Was erhoffen Sie von Pilotstudien?

Ziel: Mass-Customisation-Toolkits entwickeln, die Hersteller Standardteil erstellen lassen, Endnutzer dann Parameter tweaken → co-kreiertes Produkt. Wir untersuchen Interface-Design, Parameter-Limits, perceived Added Value für Konsumenten.

Wir wollen Designprozess shiftet: Hersteller liefert Base/Unfinished Design, Kunde finalisiert – Ansatz, der User Engagement und Product Ownership fördert.

Q: Sehen Sie diese „Co-Creation“ als zukünftig commonplace im 3D-Druck?

Co-Creation bereits in limitierten Formen – z. B. Mini-Produktcustomisation. Vollständig anpassbare funktionale Teile noch selten, da Hersteller Safety, Funktionalität, Kosteneffizienz gewährleisten müssen. Weiter Forschung nötig to bridge Gap.

In Sektoren wie Automotive erfordert User-Shape-Alteration rigorose Validierung. Manche Firmen offen für limitierte Variation, andere restrict Customization gänzlich.

Customisable Ergonomics – z. B. Haartrocknergriff tailored an Handgröße – kann emotionale Bindung vertiefen, längere Produktlebenszyklen fördern, aligns mit Sustainable Design Goals.

Q: Loughborough pioniert „Hybrid und Multi-Systems AM“. Was bedeutet das?

Hybrid Manufacturing mergt additive und subtraktive Prozesse in single Machine. Loughborough erforscht sowohl Metall- als auch Polymersysteme.

Q: Wie funktioniert Hybrid Manufacturing für Metallsysteme?

Firmen wie Matsuura, DMG Mori bieten Maschinen, die Material via Deposition hinzufügen, dann zu CNC-Fräswerkzeugen für Finish switchen. Zyklus repeatbar as needed – präzise interne/externe Oberflächen ohne zusätzliche Machining-Steps.

Hybrid Metal AM unterstützt One-Stop-Production: CAD-File in single Machine → finished Part. Für Aerospace: weniger Komponenten, niedrigere Assembly-Kosten, Gewichtsersparnis → reduzierter Fuel Consumption.

Q: Ist Hybrid-Prozess für Polymere ganz anders?

Prinzip gleich – Deposition gefolgt von Machining – aber Polymerprozesse operieren bei niedrigeren Temperaturen. Ziel: Geometrische Freiheit mit hoher Accuracy und Kosteneffizienz für Everyday Products kombinieren.

Q: Welche weiteren Forschungsprojekte am Horizont an Loughborough?

Wir expandieren in Additive Manufacturing von Composite-Materialien, Faserorientierung kontrollieren für enhanced Strength, Stiffness, Weight. Initiative involviert mehrere internationale Partner.

Q: Mehr zum neuen Masters-Programm an Loughborough?

Einjähriges, drei-Semester Design for Additive Manufacture Programm taucht Studierende in AM-Fundamentals, Advanced CAD-Tools, Practical Projects. Coursework: Topologieoptimierung, Voxel-Modelling, Capstone Project – Redesign oder From-Scratch-Produktkreation.

Q: Schließlich – nächster AM-Trend, der Sie am meisten begeistert?

Eine spannende Entwicklung: Skalierung von AM-Maschinen. Mit Build-Volumes jenseits Half-Meter-Cube sehen wir Applications von Architekturfassaden bis große Aircraft-Komponenten. Diese Skalierbarkeit unlockt neue Designmöglichkeiten.

Metamaterials – engineered Materials mit Properties not found in Nature – weitere Frontier. Komplexe Geometrien ermöglichen auxetische Strukturen, die lateral expandieren bei Kompression, oder Parts, die predictably auf Thermal Gradients reagieren. 4D Printing, wo Shape Change durch Stimuli wie Heat getrieben wird, könnte adaptive Komponenten für Space oder Consumer Products ermöglichen.

Hier klicken für mehr über Additive Manufacturing Research Group (AMRG) an Loughborough University. Check out unser kürzliches Interview mit Dr. Richard Buswell, Loughborough University.