Die Vorteile des 3D-Drucks

Einführung

3D-Druck erstellt Teile, indem Objekte Schicht für Schicht aufgebaut werden. Diese Methode bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungstechniken (z. B. CNC-Bearbeitung), die wichtigsten die für die gesamte Branche gelten, werden in diesem Artikel behandelt.

Es ist unwahrscheinlich, dass der 3D-Druck viele traditionelle Herstellungsmethoden ersetzen wird, aber es gibt viele Anwendungen, bei denen ein 3D-Drucker in der Lage ist, ein Design schnell und mit hoher Genauigkeit aus einem funktionalen Material zu liefern.

Das Verständnis der Vorteile des 3D-Drucks ermöglicht es Designern, bessere Entscheidungen bei der Auswahl eines Herstellungsverfahrens zu treffen und ein optimales Produkt zu liefern.

Erlernen Sie die Grundlagen des 3D-Drucks

Laden Sie unseren 3D-Druckleitfaden herunter

Geschwindigkeit

Einer der Hauptvorteile der additiven Fertigung ist die Geschwindigkeit, mit der Teile im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt werden können. Komplexe Designs kann von einem CAD-Modell hochgeladen und in wenigen Stunden gedruckt werden. Der Vorteil liegt in der schnellen Überprüfung und Weiterentwicklung von Designideen.

Wo es in der Vergangenheit Tage oder sogar Wochen gedauert haben kann, um einen Prototyp zu erhalten, legt die additive Fertigung ein Modell innerhalb weniger Stunden in die Hände des Designers . Während die eher industriellen additiven Fertigungsmaschinen länger brauchen, um ein Teil zu drucken und nachzubearbeiten, bietet die Möglichkeit, funktionale Endteile in kleinen bis mittleren Stückzahlen herzustellen, einen enormen Zeitvorteil im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungstechniken (häufig die Vorlaufzeit für eine Spritzgusswerkzeug allein kann Wochen dauern).

Einzelschrittfertigung

Eines der größten Anliegen eines Konstrukteurs ist es, ein Teil so effizient wie möglich herzustellen. Die meisten Teile erfordern eine große Anzahl von Fertigungsschritten, um mit herkömmlichen Technologien hergestellt zu werden. Die Reihenfolge dieser Schritte wirkt sich auf die Qualität und Herstellbarkeit des Designs aus.

Betrachten Sie eine kundenspezifische Stahlhalterung, die mit traditionellen Herstellungsverfahren hergestellt wird:

Ähnlich wie bei der additiven Fertigung beginnt der Prozess mit einem CAD-Modell. Sobald das Design abgeschlossen ist, beginnt die Fertigung mit dem ersten Zuschnitt der Stahlprofile auf Maß. Die Profile werden dann in Position geklemmt und eines nach dem anderen verschweißt, um die Halterung zu bilden. Manchmal muss eine kundenspezifische Vorrichtung angefertigt werden, um sicherzustellen, dass alle Komponenten korrekt ausgerichtet sind. Die Schweißnähte werden dann poliert, um eine gute Oberflächengüte zu erzielen. Als nächstes werden Löcher gebohrt, damit die Halterung an der Wand montiert werden kann. Abschließend wird die Halterung sandgestrahlt, grundiert und lackiert, um ihr Aussehen zu verbessern.

Verbessern Sie Ihre 3D-Druckdesign-Fähigkeiten

Holen Sie sich ein kostenloses 3D-Druck-Designregeln-Poster

Maschinen für die additive Fertigung schließen einen Bau in einem Schritt ab, ohne dass der Maschinenbediener während der Bauphase eingreifen muss. Sobald das CAD-Design fertiggestellt ist, kann es auf die Maschine hochgeladen und in wenigen Stunden in einem Schritt gedruckt werden.

Die Möglichkeit, ein Teil in einem Schritt herzustellen, reduziert die Abhängigkeit von verschiedenen Herstellungsprozessen (Bearbeitung, Schweißen, Lackieren) erheblich und gibt dem Konstrukteur eine größere Kontrolle über das Endprodukt.

Kosten

Die Herstellungskosten können in 3 Kategorien unterteilt werden; Maschinenbetriebskosten, Materialkosten und Arbeitskosten.

Maschinenbetriebskosten :


Die meisten Desktop-3D-Drucker verbrauchen die gleiche Menge an Strom wie ein Laptop-Computer. Industrielle additive Fertigungstechnologien verbrauchen viel Energie, um ein einzelnes Teil herzustellen. Die Möglichkeit, komplexe Geometrien in einem einzigen Schritt herzustellen, führt jedoch zu einer höheren Effizienz und Durchlaufzeit. Die Maschinenbetriebskosten tragen in der Regel am wenigsten zu den Gesamtherstellungskosten bei.

Materialkosten :


Die Materialkosten für die additive Fertigung variieren je nach Technologie erheblich. Desktop-FDM-Drucker verwenden Filamentspulen, die etwa 25 US-Dollar pro kg kosten, während für den SLA-Druck Harz erforderlich ist, das im Einzelhandel etwa 150 US-Dollar pro Liter kostet. Die Bandbreite an Materialien, die für die additive Fertigung zur Verfügung stehen, macht es schwierig, einen Vergleich mit der traditionellen Fertigung zu quantifizieren. In SLS verwendetes Nylonpulver kostet etwa 70 US-Dollar pro kg, während vergleichbare Nylonpellets, die im Spritzguss verwendet werden, für nur 2 bis 5 US-Dollar pro kg erhältlich sind. Die Materialkosten tragen am meisten zu den Kosten eines durch additive Fertigung hergestellten Teils bei.

Arbeitskosten :


Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks sind die geringen Arbeitskosten. Abgesehen von der Nachbearbeitung muss bei den meisten 3D-Druckern ein Bediener nur eine Taste drücken. Die Maschine folgt dann einem vollständig automatisierten Prozess, um das Teil herzustellen. Im Vergleich zur traditionellen Fertigung, bei der in der Regel hochqualifizierte Maschinisten und Bediener benötigt werden, sind die Arbeitskosten für einen 3D-Drucker nahezu null.

Die additive Fertigung bei geringen Stückzahlen ist im Vergleich zur traditionellen Fertigung sehr preisgünstig. Für die Herstellung von Form- und Pass-Prototypen ist es deutlich günstiger als andere alternative Fertigungsverfahren (z. B. Spritzguss) und oft konkurrenzfähig für die Herstellung einmaliger Funktionsteile. Herkömmliche Fertigungstechniken werden mit zunehmendem Volumen kostengünstiger und die hohen Rüstkosten sind durch die großen Produktionsmengen gerechtfertigt.

Neugierig auf die Kosten des 3D-Drucks? Erhalten Sie ein sofortiges Angebot

3D-Druck aus Kunststoff3D-Druck aus Metall

Risikominderung

Die Bestellung eines fehlerhaften Prototyps kostet den Konstrukteur Zeit und Geld. Selbst kleine Änderungen an einer Form oder einem Herstellungsverfahren können große finanzielle Auswirkungen haben.

Die Möglichkeit, ein Design durch Drucken eines produktionsreifen Prototyps zu verifizieren, bevor in teure Fertigungsanlagen (z. B. Formen oder Werkzeuge und Vorrichtungen) investiert wird, eliminiert das Risiko während des Prototyping-Prozesses. Dies hilft dabei, Vertrauen in das eigene Design aufzubauen, bevor die großen Investitionen getätigt werden, die für die Massenproduktion erforderlich sind.

Komplexität und Gestaltungsfreiheit

Die Beschränkungen der Herstellbarkeit durch die traditionelle Fertigung sind für die additive Fertigung in der Regel nicht relevant. Da Komponenten Schicht für Schicht aufgebaut werden, gelten Designanforderungen wie Entformungswinkel, Hinterschnitte und Werkzeugzugang nicht, wenn Teile für den 3D-Druck entworfen werden

Während es einige Einschränkungen hinsichtlich der Mindestgrößenmerkmale gibt, die genau gedruckt werden können, konzentrieren sich die meisten Einschränkungen der additiven Fertigung darauf, wie ein Druck optimal ausgerichtet werden kann, um die Abhängigkeit von der Stütze und die Wahrscheinlichkeit von Druckfehlern zu verringern. Dies gibt Designern eine große Gestaltungsfreiheit und ermöglicht die einfache Erstellung sehr komplexer Geometrien.

Anpassung

Der 3D-Druck ermöglicht nicht nur mehr Designfreiheit, sondern auch die vollständige Anpassung von Designs. Da sich aktuelle additive Fertigungstechnologien darin auszeichnen, einzelne Teile einzeln zu bauen, eignen sie sich perfekt für die Einzelfertigung.

Dieses Konzept wurde von der medizinischen und zahnmedizinischen Industrie für die Herstellung von kundenspezifischen Prothesen, Implantaten und zahnärztlichen Hilfsmitteln angenommen. Von hochwertiger Sportausrüstung, die perfekt auf einen Sportler zugeschnitten ist, bis hin zu kundenspezifischen Sonnenbrillen und Modeaccessoires ermöglicht die additive Fertigung eine kostengünstige Einzelserienproduktion von kundenspezifischen Teilen.

Gewinnen Sie ein tiefes Verständnis der aktuellen Lage des 3D-Druckmarktes

Laden Sie den Trendbericht 3D-Druck 2020 herunter

Einfacher Zugriff

Während es die additive Fertigung schon seit mehr als 30 Jahren gibt, ist der größte Teil des Wachstums seit 2010 zu verzeichnen. Dies muss dazu führen, dass eine große Anzahl von 3D-Druckern in die Industrie eindringt, was Designern den Zugang zur additiven Fertigungstechnologie erheblich erleichtert. P>

Allein im Jahr 2015 wurden weltweit mehr als 278.000 Drucker für die additive Fertigung im Wert von unter 5.000 US-Dollar verkauft. Seitdem hat sich die Zahl der verkauften Drucker stetig verdoppelt. Was ursprünglich eine Nischentechnologie war, die nur einem kleinen Segment der Fertigungsindustrie zugänglich war, ist heute eine leicht verfügbare und kostengünstige Methode der Teileproduktion, die von einer Vielzahl von Branchen verwendet wird.

Nachhaltigkeit

Subtraktive Fertigungsmethoden wie CNC-Fräsen oder -Drehen entfernen eine erhebliche Menge an Material von einem Ausgangsblock, was zu großen Mengen an Abfallmaterial führt.

Additive Fertigungsmethoden verwenden im Allgemeinen nur das Material, das zum Bau eines Teils benötigt wird. Die meisten Prozesse verwenden Rohstoffe, die recycelt und in mehr als einem Bau wiederverwendet werden können. Infolgedessen produziert der additive Herstellungsprozess sehr wenig Abfall.

Die Zunahme der Anzahl von Maschinen für die additive Fertigung weltweit hat sich auch auf die Entfernung von Prototypen ausgewirkt:

Da 3D-Tischdrucker eine relativ kurze Lernkurve haben, um erfolgreich zu funktionieren, müssen Designs nicht an einen Experten geschickt werden, um hergestellt zu werden. Darüber hinaus ist der Platzbedarf eines industriellen additiven Fertigungssystems viel kleiner als der Platzbedarf einer traditionellen Fertigungsstätte.

Aus diesem Grund werden weltweit professionelle 3D-Druck-Dienstleistungen geschaffen, auch an Orten mit hohen Grundstückskosten (z. B. in London oder New York). Die Reduzierung des Versandaufwands wirkt sich positiv auf die Umwelt aus. Zusammen mit der Möglichkeit, Ersatzteile vor Ort zu drucken und herzustellen, führt dies zu einer viel geringeren CO2-Bilanz für die meisten Teile, die durch additive Fertigung hergestellt werden.

Möchten Sie mehr über 3D-Druck erfahren?

Holen Sie sich ein Muster des 3D-Druckhandbuchs