Standards für 3D-Druck (2020 Update): Aktuelle Landschaft und Ausblick

Standardisierung ist das Fundament jeder reifen Industrie. Für die sich rasant entwickelnde Welt der additiven Fertigung ist sie kein Luxus, sondern Notwendigkeit.

Laut aktueller EY-Umfrage planen 46 % der Unternehmen, 3D-Druck für Endteilproduktion bis 2022 zu nutzen. Während die Technologie vom Prototyping zur Produktion pivotiert, war die Dringlichkeit nach gemeinsamen Standards nie höher.

Der Wert der Standardisierung für 3D-Druck

Standards – Best Practices, Regulierungen und Benchmarks – schaffen ein geteiltes Fundament, das breitere Adoption fördert und konsistente Qualität sichert. In der additiven Fertigung spielen sie eine doppelte Rolle:

• Konsistenz. Additive Prozesse involvieren ein komplexes Netz an Variablen – Rohmaterialien, Designoptimierung, Maschinenparameter – jedes verlangt rigide Kontrolle. Standards definieren Parameter für jede Stufe, ermöglichen Firmen, Output gegen objektive Kriterien zu vergleichen und kostspielige Trial-and-Error-Zyklen zu eliminieren.
• Regulatorische Compliance. Branchen wie Medizintechnik, Automotive, Luftfahrt und Verteidigung erfordern strenge Zertifizierung. Da AM-Teile Eigenschaften aufweisen können, die von traditionell gefertigten Teilen abweichen, sind klare Qualifikations- und Zertifizierungsrichtlinien essenziell für regulatorische Approval.

Aktuelle Herausforderungen bei der Standardisierung additiver Fertigung

Während mehrere Standards existieren, bleiben viele kritische in Entwicklung. Kernlücken umfassen:

• Materialien. Metall-AM-Materialien dominieren Luftfahrt- und Medizinmärkte, doch standardisierte mechanische Daten für diese Pulver sind rar. Existierende konventionelle Materialstandards können nicht immer direkt transferiert werden, da AM-Teile sich anders verhalten können.
• Prozesskontrolle. Proprietäre Daten zu Prozessvariablen – Thermohistorie, Mikrostruktur, Defektbildung – limitieren Benchmarking-Fähigkeit. Offenes, kollaboratives Datenteilen ist crucial für Fortschritt.
• Zertifizierung. Aktuelles QA verlässt sich auf Post-Produktions-Testing, was zeit- und ressourcenintensiv ist. Industrie braucht robuste, Echtzeit-Zertifizierungspfade, die einzigartige AM-Teilecharakteristika berücksichtigen.

Globales Standards-Framework aufbauen

Globaler Konsens ist noch nicht erreicht, aber Momentum wächst. ISO und ASTM International haben Joint Working Groups etabliert, um AM-Standards unter der Additive Manufacturing Standards Structure zu harmonisieren, abdeckend Materialien, Prozesse, Equipment und Fertigteile-Behandlung.

• Stand Mai 2020 hatte ASTM Committee F42 22 Standards approved, und ISO/TC 261 hatte 15 veröffentlicht mit 30 in Entwicklung.
• ASTM hat Forschungsinitiativen gefundet, inkl. 2019 Grant an das National Additive Manufacturing Innovation Cluster (NAMIC) in Singapur.

Metall-Pulverbettfusion Standards

ASTMs F3303, released 2018, setzt Qualifikationskriterien für SLM, EBM und DMLS Technologien in Medizintechnik, Luftfahrt und anderen High-Performance-Sektoren. Die Metal Powder Industries Federation (MPIF) hat neun Testmethoden zur Charakterisierung von Metall-AM-Pulvern herausgegeben, reinforcing den Sektorfokus auf Materialzuverlässigkeit.

Luftfahrt-spezifische Standards

SAE Internationals neue PBF-Standards – AMS Suite – decken Nickel-Legierungsmaterialien und Prozesserfordernisse für Flugzeug- und Raumfahrtkomponenten ab. Die AMS7100 Polymer-Spezifikation, eingeführt letztes Jahr, sichert Reproduzierbarkeit für FDM und andere Extrusionsprozesse. ASTMs F42 entwickelt auch vier zusätzliche Standards zu Feedstock, Fertigteil-Eigenschaften, Systemperformance und Qualifikationsprinzipien.

Die Additive Manufacturing Standardisation Collaborative (AMSC)

Geformt von America Makes, dem Additive Manufacturing Innovation Institute, und ANSI, identifiziert AMSCs Roadmap 93 Gaps – 18 davon high priority – across the AM-Landschaft. Ihr Online-Portal, launched 2019, trackt Standardisierungsaktivität und beschleunigt Gap-Schließung.

Kollaboration treibt Fortschritt

Industrie-Allianzen sind essenziell für AM-Standards-Fortschritt. Beispiele umfassen:

• SLM Solutions partnering mit DIN zur Beschleunigung Metall-3D-Druck-Adoption.
• Oerlikon und Boeing kollaborieren an Titan-Pulver-basierten AM-Standards für Luftfahrt und Verteidigung.
• ASTMs 300.000 $ Investment in Forschung am Additive Manufacturing Center of Excellence, fokusierend auf Feedstock, Prozessqualifikation, Nachbearbeitung und Testing.
• Das Center of Excellence, co-gegründet von ASTM, Auburn University, NASA, EWI und UKs MTC, zielt darauf, R&D- und Standardisierungslücken über Materialevaluation, Laser-basierte Maschinenspecs, Oberflächenqualitätsmetriken und mechanische Testing-Guidelines zu bridgen.

Standardisierung: Die Zukunft des 3D-Drucks formen

„Bessere, universell akzeptierte Standards würden Unternehmen ermöglichen, Äpfel mit Äpfeln zu vergleichen und informierte Entscheidungen über ein kohärentes Ökosystem von Lieferanten, Herstellern und Nutzern zu treffen.“
Avi Reichental, Founder of XponentialWorks

Während Mainstream-Adoption von 3D-Druck noch durch Qualität, Konsistenz und Zertifizierungshürden herausgefordert wird, werden robuste Standards das volle Potenzial der Technologie freisetzen. Etablierung klarer, actionable Guidelines wird Produktionsreife-Nutzung antreiben, branchenweites Vertrauen fördern und den Übergang von Nische zu Mainstream beschleunigen.