Hybrid Manufacturing: Additive und subtraktive Technologien vereint für die Zukunft der Produktion

[Bildnachweis: DMG Mori]

Jahrzehntelang galten additive Fertigung (AM) und traditionelle subtraktive Fertigung als getrennte Enden eines Spektrums. Realität ist: Die fortschrittlichsten Fabriken verbinden beide, um Teile zu schaffen, die sowohl geometrisch komplex als auch dimensionsgenau sind. Hybrid Manufacturing – wo AM und CNC-Bearbeitung in einer Maschine koexistieren – bietet eine One-Stop-Lösung, die Leadtimes und Kosten drastisch reduzieren kann.

Was ist Hybrid Manufacturing?

Hybrid Manufacturing ist die Integration additiver und subtraktiver Prozesse in einer einzigen Ausrüstung. Statt ein Teil zu drucken und es dann auf separater Maschine zu zerspanen, werden beide Operationen sequenziell auf derselben Plattform ausgeführt. Dies erlaubt Designern, die Designfreiheit von AM zu nutzen, während sie die engen Toleranzen und Oberflächengüte sichern, die nur CNC-Bearbeitung liefert.

Das Beste aus beiden Welten kombinieren

Low-Volume-Produktion von Metallteilen ist ein primärer Use Case. Maschinen basieren typischerweise auf CNC-Fräskopf und werden mit 3D-Druckdüsen nachgerüstet – DED oder Lasersintern. Ergebnis: gestraffter Workflow – komplexe Geometrie wird gedruckt, dann in derselben Session fertigbearbeitet. Unternehmen wie Imperial Machine & Tool Co. setzen diesen Ansatz bereits für Endverbrauchsteile ein, die sonst multiple Fertigungsschritte erforderten.

Hybrid-Technologien am Markt

Direct Energy Deposition (DED) schmilzt Metall mit Laser oder Elektronenstrahl während der Materialablage, ermöglicht schnellen Aufbau großer Teile. Nach Ablage kann dieselbe Maschine die Oberfläche fräsen für sub-millimeter Toleranzen. DED ist besonders effektiv für Reparatur und Wiederaufbau.

US-basierte Hybrid Manufacturing Technologies pionierte das erste hybride Deposition-Fräs-System, das AMBIT™, eingeführt 2013. Seine patentierten Depositions-Köpfe lassen sich an jede CNC-Maschine anbauen, bieten automatisierten Wechsel und nahtlose Integration.

DMG MORIs LASERTEC 65 3D-Hybridmaschine verfügt über 5-Achsen-Materialdepositionsdüse, die hochkomplexe Metallteile ohne Stützstrukturen fertigen kann. Optomecs LENS 850-R und integrierte Werkzeugmaschinenlinien demonstrieren weiter die Vielseitigkeit hybrider Lösungen über Metalle und Teilgrößen.

Vorteile von Hybrid Manufacturing

Hybride Systeme liefern multiple Vorteile:

• Reduzierte Leadtimes – DEDs hohe Ablageraten kombiniert mit sofortigem Fräsen beschleunigen Produktion.
• Erhöhte Teilgröße und Dichte – Hybrid-Builds können Volumenlimits von Pulverbettfusion übersteigen.
• Multi-Metall-Fähigkeit – Start mit einer Legierung, Wechsel zu einer anderen im selben Build, ideal für Beschichtung und Reparatur.
• Keine Stützstrukturen – Mehr-Achsen-Arme bauen Teile in jede Richtung, eliminieren Abfall.
• Kosteneinsparungen – Formen und Werkzeuge zu halben Kosten vs. konventionelle Methoden, Spritzgussläufe 50 % schneller mit verbesserter Werkzeuglebensdauer.

Beispiel: Matsuura Machinery's LUMEX Serie kombiniert Lasersintern mit 20-Werkzeug-Frässpindel, ermöglicht In-Process-Finish und eliminiert Post-Manufacturing-Bearbeitung.

Anwendungen

Während Luftfahrt und Automotive bereits Hybrid Manufacturing für Einmal-, Hochkomplexitäts-Teile einsetzen, steht die Technologie bereit, weitere Sektoren zu transformieren:

• Medizin – Patientenspezifische Prothesen und Dentalimplantate schneller und präziser fertigen.
• Repair & Maintenance – GE nutzte Hybridsystem zum Wiederaufbau Turbinenschaufeln: Material auf verschlissene Features aufbringen, auf exakte Toleranzen fräsen – Vollersatz vermieden.
• Allgemeine Fertigung – jede Industrie mit Kleinserien komplexer Komponenten profitiert.

Der Weg voraus

Hybrid Manufacturing entwickelt sich noch, doch sein Potenzial, Leadtimes zu verkürzen, Abfall zu reduzieren und zuvor unmögliche Designs zu ermöglichen, ist klar. Universitäten wie Loughborough pushen Boundaries mit Multi-System-AM-Forschung, suggerieren, dass Hybrid-Technologie bald zum Standard-Fertigungsparadigma werden könnte. Das Versprechen einer All-in-One, nachhaltigen Produktionsplattform ist in Reichweite.

Mehr dazu:

Hybrid und Multi-Systeme AM, AM-Automatisierung und mehr: Interview mit Professor Ian Campbell, Loughborough University