Wie 3D-Druck die traditionelle Fertigung verbessert: Fünf bewährte Anwendungen

3D-Druck ist nicht nur ein Ersatz für konventionelle Fertigung – er ist ein mächtiger Verbündeter, der Effizienz, Qualität und Flexibilität steigert.

Im Folgenden werden fünf zentrale Wege vorgestellt, wie 3D-Druck traditionelle Produktionsprozesse unterstützt, untermauert durch reale Beispiele und messbare Gewinne.

1. Konforme Kühlung für Spritzgussformen

Spritzguss bleibt der Goldstandard für die Massenproduktion komplexer Teile, doch ungleichmäßige Kühlung kann zu Fehlern und längeren Zykluszeiten führen. Traditionelle Formen nutzen gerade Kühlkanäle, die oft Hotspots erzeugen. Konforme Kühlkanäle – die der Teilegeometrie folgen – eliminieren diese Hotspots und verbessern die Temperaturuniformität.

3D-Druck ermöglicht die schnelle Erstellung dieser komplexen Kanäle und reduziert Kühlzeiten drastisch. Beispielsweise steigerte Kärcher GmbH & Co. KG die Produktivität seiner K2-Hochdruckreiniger-Gehäuse, indem es die Form mit 3D-gedruckten Kerne neu gestaltete. Die neuen Kanäle senkten die Formwandtemperaturen von 100 °C auf 70 °C und reduzierten die Kühlzeit von 22 auf 10 Sekunden – eine Reduktion um 55 %. In Kombination mit Anpassungen am Angussystem sank die Gesamtzykluszeit von 52 auf 37 Sekunden.

Branchenexperte Pat Zaffino gründete Conformal Cooling Solutions Inc., um Hersteller bei der Einführung der Technologie zu unterstützen. „Konforme Kanäle liefern kürzere Zykluszeiten, höhere Teilequalität und niedrigere Kosten“, sagte er canplastics.com.

Da die Kosten der additiven Fertigung weiter sinken, sind konforme Kühlformen auf dem Weg zum Industriestandard.

2. 3D-gedruckte Modelle für Feinguss

Feinguss basiert traditionell auf teuren, zeitaufwändigen Wachsmodellen, die durch Spritzguss hergestellt werden. 3D-Druck bietet eine kostengünstige Alternative: Spezialwachs, ausbrennbares Harz oder Thermoplaste können mit hoher Genauigkeit und exzellenten Ausbrenneigenschaften gedruckt werden.

Mit Desktop-Druckern unter 5.000 $ können Unternehmen komplexe Modelle in einem Bruchteil der Zeit herstellen. Der kanadische Juwelier Vowsmith halbierte Produktions- und Lieferzeiten durch Integration von 3D Systems' Wachs-Druckern. Ebenso nutzt Invest Cast Inc. nun den ProJet MJP 2500 IC, um in 2–5 Tagen vom Modell zum Metall zu gelangen – gegenüber typischen 6–12 Wochen für traditionelle Formen.

3. Schneidwerkzeug-Verbesserung durch additive Fertigung

3D-Druck kann Schneidwerkzeugeinsätze mit kundenspezifischen Geometrien und integrierten Kühlkanälen erstellen. Diese Merkmale verlängern Werkzeugstandzeit und verbessern die Leistung, besonders bei der Bearbeitung schwieriger Materialien wie Titan oder hochfester Stähle.

LMT Tools Inc. integrierte gekrümmte Kühlkanäle in ein Fräswerkzeug und erzielte eine 50 % längere Standzeit bei der Titanbearbeitung. Komet Group nutzte Renishaws Aluminiumlegierungsdruck, um mehrere Schneidkanten und dedizierte Kühlkanäle hinzuzufügen, was Bearbeitungszeit um bis zu 50 % reduzierte und das Teilegewicht senkte.

Sandvik Coromants Lightweight CoroMill 390, ein metallisch gedruckter Fräskopf, löst Vibrationsprobleme bei Tiefkavitätenbearbeitung. In Kombination mit Silent Tools Adaptern steigert das Werkzeug die Produktivität in Luft- und Raumfahrt sowie Öl- und Gasanwendungen um 50 %.

4. Werkzeugreparatur mit Direct Energy Deposition

Direct Energy Deposition (DED), auch Laserbeschichtung genannt, trägt Material Schicht für Schicht auf, um verschlissene oder beschädigte Werkzeuge zu restaurieren. Dieser Prozess vermeidet die langen, kostspieligen Reparaturen des traditionellen Schweißens.

Ein Konsortium aus sieben britischen Unternehmen startete das 1,2 Mio. £ teure DigiTool-Projekt zur Entwicklung kostengünstiger Reparaturlösungen. HWF, ein deutscher Formenbauer, reduzierte Reparaturzeit von 60–80 Stunden auf 24 Stunden, indem er 250-µm-Schichten mit 5.000 mm³ pro Stunde auftrug, das Basismaterial bewahrte und Risse minimierte.

5. Hybridfertigung: Kombination von additiven und subtraktiven Verfahren

Hybridmaschinen integrieren 3D-Druck mit CNC-Bearbeitung und liefern Teile in einem einzigen Vorgang. Dieser Ansatz vereint die Designfreiheit von AM mit der Präzision subtraktiver Methoden, beschleunigt Produktion und ermöglicht komplexe Geometrien.

Kommerzielle Systeme umfassen DMG MORIs DED-plus-fünf-Achsen-CNC-Plattform und PBF-CNC-Hybride von Matsuura, Sodick und DMG MORI. Bestehende CNC-Zentren können mit dem Ambit-Pulverzufuhr-Laserauftragskopf oder 3D Hybrids kombinierten Pulver- und Drahtzufuhrmodulen nachgerüstet werden, was einen kosteneffizienten Weg zur Hybridfähigkeit bietet.

Während Hybridfertigung noch in der Entwicklung ist, berichten Early Adopters von signifikanten Zeitersparnissen und Designflexibilität.

3D-Druck als ergänzendes Werkzeug begreifen

Statt additive Fertigung als Konkurrenten zu betrachten, sollten Hersteller sie als Erweiterung ihres traditionellen Werkzeugkastens sehen. Von konformer Kühlung und Feingussmodellen über Werkzeuglebensdauerverlängerung bis hin zu Hybridproduktion – 3D-Druck liefert messbare Vorteile entlang der gesamten Wertschöpfungskette.