3D-Druck vs. traditionelle Fertigung:Ein professioneller Vergleich von Methoden und Vorteilen

3D-Druck oder additive Fertigung ist ein Prozess, bei dem 3D-Modelle aus einem CAD- oder digitalen 3D-Modell erstellt werden. Während des Prozesses wird das Material Schicht für Schicht aufgetragen, um das gewünschte Objekt zu bilden. Unter traditionellen Fertigungsverfahren versteht man dagegen etablierte Fertigungstechniken, bei denen Material entweder durch Schleifen, Bohren oder Bearbeiten entfernt oder in eine Form gegossen werden kann. 

Abgesehen davon, dass sie sich in ihrem Funktionsprinzip unterscheiden, weisen 3D-Druck und traditionelle Fertigung noch weitere Unterschiede auf. Die traditionelle Fertigung erfordert eine Massenproduktion, um die Vorlauf- und Betriebskosten für Produktion, Werkzeuge und Arbeitskräfte für die Montage zu amortisieren. Beim 3D-Druck hingegen sind die Herstellungskosten unabhängig von der Menge, was ihn bei kleineren Stückzahlen wirtschaftlicher macht. Der 3D-Druck bietet außerdem mehr Designflexibilität und die Möglichkeit, ein Produkt mit nur einer Maschine herzustellen, was bei herkömmlichen Methoden nicht immer der Fall ist. Der 3D-Druck ist bei der Herstellung kleiner bis mittlerer Objekte viel schneller als viele herkömmliche Fertigungsmethoden. Diese Geschwindigkeitsverbesserung ist auf die Zeit zurückzuführen, die für die Herstellung der Werkzeuge für Abgüsse und Formen benötigt wird, die in der traditionellen Fertigung verwendet werden. Allerdings bietet die traditionelle Fertigung mehr Materialoptionen als der 3D-Druck.

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen 3D-Druck und traditioneller Fertigung näher erläutert, ihre Vor- und Nachteile sowie ihre Alternativen vorgestellt.

3D-Druck-Definition und Vergleich mit traditioneller Fertigung

Der 3D-Druck als Technologie hat seit seiner Erfindung durch Chuck Hall im Jahr 1983 große Fortschritte gemacht. Ursprünglich war er als Rapid-Prototyping-Methode konzipiert, hat sich aber inzwischen zu einem echten Herstellungsverfahren entwickelt. Der 3D-Druck bietet der Fertigungsindustrie viele Vorteile, darunter Designfreiheit, die Möglichkeit zur Erstellung komplexer Designs, Massenanpassung und eine kostengünstige Produktionsmethode für kleine Stückzahlen.

Beim 3D-Druck wird ein Objekt Schicht für Schicht gedruckt, im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren – wie bei vielen herkömmlichen Herstellungsverfahren –, bei denen das Produkt aus einem größeren Materialblock herausgeschnitten wird. Dadurch entsteht beim 3D-Druck weniger Materialabfall. Es gibt eine breite Palette von 3D-Druckarten:direkte Energieabscheidung, harzbasierte Drucker (oder VAT-Polymerisation), Binder Jetting, Materialextrusion, Material Jetting, Pulverbettfusion und Blechlaminierung. Alle Formen des 3D-Drucks fallen in eine dieser Kategorien. Auch die 3D-Drucktechnologie bietet eine große Auswahl an Materialien, die zum Drucken von Objekten verwendet werden können. Zu den Branchen, in denen derzeit 3D-Druck eingesetzt wird, gehören Robotik, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizin, Zahnmedizin, Sport und andere Konsumgüter. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden „Was ist 3D-Druck“.

Abbildung 1 unten ist ein Beispiel für einen Artikel, der in 3D gedruckt wird:

Ein mit MJF gedrucktes Teil

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung?

Der 3D-Druck bietet mehrere Vorteile gegenüber seinem traditionellen Fertigungsgegenstück, darunter:

1. Mehr Gestaltungsfreiheit.
2. Kann komplexe Designs ohne zusätzliche Kosten drucken.
3. Im Allgemeinen schneller, insbesondere bei kleinen und mittelgroßen Objekten.
4. Entsteht weniger Abfallmaterial.
5. Kann die Herstellungs- und Montagephasen eines Produkts kombinieren.
6. Kann problemlos zum Erstellen benutzerdefinierter Teile verwendet werden.
7. Es handelt sich um einen vollständig automatisierten Prozess mit begrenztem Arbeitsaufwand.
8. Es verwendet ein einziges Gerät, um alle Aspekte der Objekterstellung zu verwalten.

Was sind die Nachteile des 3D-Drucks im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung?

Die Nachteile des 3D-Drucks gegenüber der herkömmlichen Fertigung sind:

1. Im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung stehen weniger Materialoptionen zur Verfügung.
2. Das Verfahren ist im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung in Großserie weniger wirtschaftlich.
3. Batch-Qualitätsprüfungen können nicht auf 3D-gedruckte Produkte angewendet werden.
4. Die Druckqualität kann inkonsistent sein und daher von Produkt zu Produkt variieren.

Beim 3D-Druck handelt es sich um einen Herstellungsprozess, bei dem Teile aus kleineren Grundmaterialien wie Harz, Filamenten oder Pulver hergestellt werden. Dies unterscheidet sich von der herkömmlichen Fertigung wie der maschinellen Bearbeitung, bei der Sie die Form eines Teils aus größeren Materialbeständen schneiden. Dies verschafft dem 3D-Druck einen Vorteil bei der Herstellung hochgradig anpassbarer Komponenten in kleinen Stückzahlen, ohne dass Voreinstellungen und Werkzeuge erforderlich sind.

Greg Paulsen

Direktor, Anwendungstechnik

Traditionelle Fertigungsdefinition und Vergleich mit 3D-Druck

Die Geschichte der Fertigung reicht bis in die industrielle Revolution im 20. Jahrhundert zurück, als Rohstoffe in nützliche Produkte umgewandelt wurden. In dieser Zeit vollzog sich (zumindest teilweise) ein Übergang weg von der menschlichen Arbeit hin zur chemischen Fertigung und Maschinen. Traditionelle Herstellungsverfahren sind überwiegend subtraktiv. Dies bedeutet, dass ein Objekt bearbeitet oder auf andere Weise aus einem größeren Materialblock entfernt wird. Herkömmliche Fertigungsmethoden lassen sich in vier Hauptfamilien einteilen:Formen, Umformen, Bearbeiten und Fügen. Diese Prozesse eignen sich in der Regel besser für die Herstellung in großem Maßstab, vor allem aufgrund der Werkzeug-, Form- und/oder Gusskosten sowie der insgesamt begrenzten Designflexibilität der Prozesse. Vereinfacht gesagt sind die Kosten für ein kundenspezifisches Produkt nicht gerechtfertigt, wenn beispielsweise nur 50 Einheiten hergestellt werden, da es schwierig ist, die für die Entwicklung der kundenspezifischen Anpassung erforderlichen Vorabkosten wieder hereinzuholen.

Einer der größten Vorteile der traditionellen Fertigung im Vergleich zum 3D-Druck besteht darin, dass sie eine große Auswahl an Materialien bietet. Der Prozess ist auch etablierter. Der 3D-Druck hat jedoch hinsichtlich Designflexibilität, Kosten und Geschwindigkeit die Oberhand.  Traditionelle Herstellungsverfahren werden häufig in Branchen eingesetzt, in denen Produkte aus Materialien wie Holz, Stahl oder Kunststoff in Massenproduktion hergestellt werden. Dazu gehört die Herstellung von Möbeln, Plastikflaschen oder -tanks, Spielzeug, Textilien und Gepäck. Abbildung 2 unten ist ein Beispiel einer CNC-Maschine:

Eine CNC-Maschine bei Xometry

Was sind die Vorteile der traditionellen Fertigung im Vergleich zum 3D-Druck?

Nachfolgend sind einige der Vorteile aufgeführt, die traditionelle Herstellungsverfahren gegenüber dem 3D-Druck haben:

1. Am besten für die Massenproduktion geeignet. 
2. Chargenqualitätsprüfungen sind mit herkömmlichen Herstellungsverfahren möglich.  
3. Die meisten herkömmlichen Herstellungsverfahren bieten eine gute Wiederholbarkeit.
4. Traditionelle Verfahren bieten eine größere Materialauswahl. 

Was sind die Nachteile der traditionellen Fertigung im Vergleich zum 3D-Druck?

Zu den Einschränkungen, die herkömmliche Herstellungsprozesse im Vergleich zum 3D-Druck haben, gehören: 

1. Ein einzelnes Teil erfordert üblicherweise den Einsatz vieler Prozesse und Maschinen.
2. Traditionelle Fertigung eignet sich nicht gut für kundenspezifische Produkte in kleinen Stückzahlen.
3. Subtraktive (traditionelle) Herstellung verschwendet im Allgemeinen viel Material. 
4. Herkömmliche Methoden sind arbeitsintensiver und teurer.

Vergleichstabelle zwischen 3D-Druck und traditioneller Fertigung

Tabelle 1 unten vergleicht 3D-Druck mit traditioneller Fertigung:

Tabelle 1. Vergleich von 3D-Druck und traditioneller Fertigung

Attribut 3D-Druck Traditionelle Fertigung

Attribut

Vorlaufzeit

3D-Druck

Schnell

Traditionelle Herstellung

Langsam

Attribut

Materialauswahl

3D-Druck

Gut

Traditionelle Herstellung

Ausgezeichnet

Attribut

Oberflächenbeschaffenheit

3D-Druck

Mäßig

Traditionelle Herstellung

Ausgezeichnet

Attribut

Rentabilität

3D-Druck

Unabhängig vom Maßstab

Traditionelle Herstellung

Großserienfertigung

Attribut

Designkomplexität

3D-Druck

Ja

Traditionelle Herstellung

Nein

Attribut

Anpassbarkeit 

3D-Druck

Ja

Traditionelle Herstellung

Nein

Der 3D-Druck ist ideal für die Fertigung kleiner Stückzahlen, komplexe oder kundenspezifische Teile, vollständig montierte Komponenten und eine schnelle Produktion. Bei der Oberflächenveredelung und der Massenproduktion einfacher Objekte haben jedoch traditionelle Herstellungsmethoden die Oberhand. 

3D-Druck vs. traditionelle Fertigung:Vergleich der Lead-Kosten

Der Kostenvergleich zwischen 3D-Druck und traditioneller Fertigung hängt von der Anzahl der produzierten Einheiten ab. Die Anschaffungskosten herkömmlicher Methoden sind recht hoch, aber die Produktion in großem Maßstab macht solche Verfahren wirtschaftlich. Beim 3D-Druck sind die Kosten unabhängig von der Menge; Im Wesentlichen gibt es eine Pauschale pro Einheit.  

3D-Druck vs. traditionelle Fertigung:Geschwindigkeitsvergleich

Der 3D-Druck ist bekanntermaßen viel schneller als die herkömmliche Fertigung. Dies ist vor allem auf die Form- und Gießschritte traditioneller Verfahren zurückzuführen, bevor mit der Produktion begonnen werden kann. Beim 3D-Druck ist dies kein Problem. Entwürfe werden mithilfe von CAD- oder 3D-Modellierungssoftware erstellt und der 3D-Drucker druckt das Modell. 

3D-Druck vs. traditionelle Fertigung:Volumenvergleich

Traditionelle Fertigungsverfahren sind etablierte Industrieverfahren, die sich für die Großserienfertigung eignen, wohingegen sich der 3D-Druck ideal für die schnelle Prototypenerstellung oder Kleinserienfertigung eignet. Herkömmliche Verfahren werden daher hauptsächlich für die Serienproduktion einfacher Designs, wie etwa von Plastikflaschen, verwendet. Der 3D-Druck hingegen bietet hervorragende Designflexibilität und Individualisierung. Es kann verwendet werden, um Fehler bei Designs zu beheben und kleinere Änderungen an einem Design vorzunehmen, bevor es in die Massenproduktion geht.  

3D-Druck vs. traditionelle Fertigung:Materialvergleich

Obwohl der 3D-Druck die Materialauswahl erweitert und zahlreiche Optionen bietet, bieten traditionelle Herstellungsverfahren eine größere Auswahl und Bandbreite an Materialien. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie macht es jedoch nahezu sicher, dass sie in naher Zukunft hinsichtlich der Materialpalette mit herkömmlichen Herstellungsverfahren konkurrieren kann. 

Was sind die gegenseitigen Alternativen zum 3D-Druck und zur traditionellen Fertigung?

Eine Alternative sowohl zum 3D-Druck als auch zur herkömmlichen Fertigung ist:

• Rapid Tooling :Beim Rapid Tooling wird ein Werkzeug oder eine Form hergestellt, die es Herstellern ermöglicht, schnell Teile herzustellen, die als Werkzeug funktionieren. Meist kommt Kleinserien-Spritzguss zum Einsatz. Rapid Tooling ähnelt sowohl dem 3D-Druck als auch der traditionellen Fertigung, da 3D-Druck und CNC-Bearbeitung (eine der wichtigsten subtraktiven Fertigungsmethoden in der traditionellen Fertigung) zur schnellen Herstellung von Teilen verwendet werden.

Was sind die Gemeinsamkeiten zwischen 3D-Druck und traditioneller Fertigung?

Abgesehen von ihrer Fähigkeit, funktionierende Teile herzustellen, gibt es keine große Ähnlichkeit zwischen 3D-Druck und traditioneller Fertigung.

Was sind die anderen Vergleiche für 3D-Druck neben der traditionellen Fertigung?

Eine weitere Alternative zum 3D-Druck ist:

• 3D-Druck vs. Laserschneiden: 3D-Druck (insbesondere SLA, SLS und SLM) und Laserschneiden ähneln sich darin, dass beide Technologien einen Laser zur Herstellung von Teilen verwenden.

Was sind die anderen Vergleiche für die traditionelle Fertigung neben dem 3D-Druck?

Eine weitere Alternative zur traditionellen Herstellung ist: 

• Traditionelle Fertigung vs. intelligente Fertigung: Intelligente Fabriken, verbunden mit intelligenter Fertigung, digitalisieren traditionelle Fertigungsprozesse und Maschinen. 

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurden 3D-Druck und herkömmliche Herstellungsverfahren gegenübergestellt, um zu sehen, wie sie sich in Ansatz, Materialauswahl, Produktionsvolumen und anderen Faktoren unterscheiden. Um mehr über 3D-Druck oder traditionelle Herstellungsverfahren zu erfahren, wenden Sie sich an einen Xometry-Vertreter.

Xometry bietet eine breite Palette an Fertigungsmöglichkeiten, einschließlich 3D-Druck und anderen Mehrwertdiensten für alle Ihre Prototyping- und Produktionsanforderungen. Besuchen Sie unsere Website, um mehr zu erfahren oder ein kostenloses und unverbindliches Angebot anzufordern.

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Dean McClements

Dean McClements hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau mit Auszeichnung und über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Sein beruflicher Werdegang umfasst wichtige Positionen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für technische Prozesse und Innovationen entwickelte.

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