Additive Fertigung: Von den Anfängen bis zu morgen's Innovationen

Mit der möglichen Ausnahme von Feuer ist keine Technologie wirklich bereit, sinnvoll zur Fertigung beizutragen, bevor sie nicht Zeit hatte zu wachsen und sich zu entfalten. Computer sind ein gutes Beispiel. Unser heutiger technologischer Fortschritt wäre ohne Computer unmöglich – Teenager machen Selfies mit Handgeräten, die mehr Rechenleistung haben als die Mondlandung. Kein Wunder also, dass 3D-Druck (auch additive Fertigung oder AM genannt) sein Versprechen noch nicht vollständig eingelöst hat.

Bleiben wir bei der Computer-Analogie: Die erste Maschine, die auch nur annähernd ein Computer war, baute Charles Babbage Mitte des 19. Jahrhunderts. Seine „Difference Engine“ sollte mathematische Tabellen schneller und zuverlässiger erstellen. Fast 100 Jahre vergingen, bis etwas, das modernen Computern ähnelte, in den Arbeitsplatz einzog, und der Heim-PC erschien erst 1977. Im Gegensatz dazu existiert 3D-Druck erst seit 1986, als Chuck Hull von 3D Systems die Idee hatte, während er ein Verfahren mit UV-Licht zur Aushärtung von Tischbeschichtungen entwickelte.

Additive Fertigung explodiert in der Industrie

Die Technologie entwickelte sich 30 Jahre weiter, aber der echte Interessensschub kam 2012 mit Heimg 3D-Druckern. Zuvor war 3D-Druckmainly auf Hinterzimmer und Labore beschränkt – Rapid Prototyping. Firmen wie MakerBot nutzten den Geist der aufkommenden Maker-Bewegung und vermarkteten Heimg 3D-Drucker als ultimatives Werkstattwerkzeug. Die Verheißung einer Demokratisierung der Technologie war verlockend, doch die meisten Heimg 3D-Drucker sind vergleichbar mit Lochkarten-Computern: langsam und mühsam.

Obwohl das Verbraucherinteresse an Heimsystemen schwankte, schritten industrielle Anwendungen voran. Einer der enthusiastischsten Frühadopter ist GE. Im Gegensatz zu Hobbyisten, die sich ohne echtes Verständnis der Herausforderungen beteiligten, erkannte GE schnell: Für zeitnahen ROI braucht man 3D-Druck-Experten.

Diese Erkenntnis führte 2012 zur Akquisition von Morris Technologies. Genauer: Die Akquisition brachte AM-Expertise zu GE Aviation, wo sie zügig in der Entwicklung einer Methode zum 3D-Druck von Brennstoffdüsen für das LEAP-Triebwerk einfloss. Nach Machbarkeitsstudien entschied sich GE für Lasersintern und entdeckte schnell zwei Grundprinzipien des 3D-Drucks.

Flexibilität und Einsparungen

Das erste Prinzip: 3D-Druck ist möglicherweise der flexibelste Fertigungsprozess, der je erfunden wurde. Statt Teile teilweise danach zu designen, wie leicht sie herstellbar sind, entstehen 3D-gedruckte Teile in einer digitalen Umgebung, wo Funktion im Vordergrund steht. Komplexe interne Geometrien, die traditionell unmöglich oder extrem teuer wären, werden routinemäßig in einem einzigen Bau gefertigt. GEs Düse verfügt über Überhänge und eine interne Architektur, die in einem Build entsteht – statt mehrerer Teile, die montiert werden müssten.

Das zweite Prinzip: 3D-Druck spart Geld. Bei GEs Düse zweifach: Da das Teil in einem Build gefertigt wird, spart AM Zeit. Zwar ist der AM-Prozess an sich langsam, aber ein komplexes Teil entsteht in unter 24 Stunden – im Vergleich zur alten Methode: viele Kleinteile fertigen, dann montieren. Zeitersparnis durch Wegfall der Montage, weniger Nachbearbeitung, schlankere oder ganz wegfallende Lieferkette.

Zusätzlich bieten 3D-gedruckte Düsen erhebliche Materialersparnis. Traditionelle subtraktive Verfahren verlieren bis zu 90 % des Materials. Gerade in der Luftfahrt mit teuren Materialien wie Titan problematisch. 3D-Druck reduziert den erwarteten Materialverlust auf unter 10 %.

Die Zukunft

In einer Zeit, in der Investorenskepsis den öffentlichen Blick auf 3D-Druck trübt, verdoppelt GE den Einsatz. Seit dem Einstieg 2012 investierte GE Millionen mehr in 3D-Druck-F&E, darunter ein 300.000 sq. ft. High-Volume-AM-Werk in Auburn und ein Center for Additive Technology Advancement bei Pittsburgh. Jährlich werden Systeme schneller, größer, präziser. GE ist positioniert, jede Verbesserung zu nutzen. Andere werden folgen.

Weitere Informationsquellen:

• 3D-Druck und Kleinunternehmen
• Beispiele für Unternehmen
• Unternehmen, die Additive Fertigung nutzen
• Branchenbeispiele

Besonderer Dank an:
John Newman, freier Autor in der Fertigungsindustrie.