Additive Fertigung: 5 wesentliche Einblicke in 3D-Druck für Führungskräfte

3D-Druck und additive Fertigung werden in den nächsten Jahren dramatisch wachsen. Doch Unternehmen, die an der Technologie interessiert sind, sehen sich mit einem schwindelerregenden Array an Begriffen, Techniken und Prozessen konfrontiert. Hier sind ein paar, die Sie kennen sollten.

Additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck oder die Abkürzung AM, steht vor substanziellen Wachstum. Branchenanalysten Statista und Fortune Business Insights sagen eine CAGR (Compound Annual Growth Rate) von 26,4 Prozent bzw. 25,8 Prozent voraus, letztere deutet darauf hin, dass der globale 3D-Druckmarkt bis 2026 51,77 Milliarden Dollar erreichen wird.

Einfach gesagt: Es ist eine großartige Zeit, in der additiven Fertigung zu sein.

Doch die, die in diesen boomenden Markt eintreten wollen, stehen vor einem Blizzard aus Begriffen, Techniken und Technologien. Dazu gehören SLA (Stereolithografie), DLP (Digital Light Processing) und FDM (Fused Deposition Modeling) Maschinen, um nur einige zu nennen. Die Frage ist: „Wie wissen wir als Designer und Hersteller, wo wir anfangen sollen? Und welcher 3D-Drucker dient unseren Bedürfnissen am besten und passt in unser Budget?“

Man könnte anfangen, Zach Simkin zu fragen, den Präsidenten der in New York ansässigen AM-Software- und Beratungsfirma Senvol LLC. Seine Produkte und Services „erlauben Unternehmen, AM-Daten zuzugreifen, AM-Daten zu generieren und AM-Daten zu analysieren.“ Ein solches Produkt ist die Senvol Database, eine kostenlose Ressource, die durchsuchbare Details zu mehr als 1.500 industriellen additiven Fertigungsmaschinen und unglaublichen 3.200+ Materialien bietet.

„Es ist wichtig zu wissen, dass der Begriff ‚additive Fertigung‘ eigentlich ein Oberbegriff ist, der verschiedene und recht distincte Formen der Technologie kapselt“, sagt Simkin. „Die American Society for Testing and Materials (ASTM) definiert sieben verschiedene AM-Prozessklassifikationen, von einigen der bekannteren wie Materialextrusion und Pulverbettfusion bis zu weniger bekannten wie Schichtlaminierung.“

Simkin merkt an, dass sein Unternehmen Mitglied von America Makes ist, einer Organisation, die wertvolle Informationen und Unterstützung für die AM-Community bietet. So ist auch Stratasys Ltd., ein in Eden Prairie, Minnesota ansässiger 3D-Druckerhersteller, dessen Gründer Scott Crump FDM 1989 erfand und patentierte.

Michael Mignatti, Vice President of Engineering für MakerBot Industries LLC, ein Stratasys-Unternehmen mit Sitz in Brooklyn, New York, bietet folgenden Rat für jeden, der in einen 3D-Drucker investieren will, egal wessen Logo auf der Vorderseite der Maschine sitzt:

Nr. 1: Den Workflow kennenlernen

Wenn dies Ihre erste Erfahrung mit 3D-Druckern ist, werden Sie vielleicht vom Workflow überrascht sein. Zum Beispiel wird der Druck, der aus der Maschine kommt, oft Post-Processing-Schritte benötigen, bevor er einsatzbereit ist. Das könnte Stützenentfernung und allgemeine Modellbereinigung, Schleifen oder Polieren für die gewünschte Oberflächengüte, Einpressen von Inserts usw. umfassen. Jede Technologie ist anders und hat unterschiedliche Schritte – stellen Sie sicher, dass Sie dies verstehen, damit Sie nach Ihrem ersten Druck nicht überrascht oder enttäuscht sind.

Nr. 2: Wo möglich optimieren

Die Technologie ist noch relativ jung. 3D-Drucker haben komplexe Elektronik, viele bewegliche Teile und in unserem Fall geschmolzenes Plastik. Unabhängig von wessen Maschine Sie nutzen, ist eine gewisse Menge an Fehldrucken unvermeidlich. Lassen Sie sich nicht entmutigen. Teile müssen nicht zwingend spezifisch für 3D-Druck designed sein, aber es gibt Optimierungen, die die Erfolgsrate erhöhen. Das wird zur zweiten Natur, sobald man den Dreh raus hat, obwohl es eine Lernkurve gibt.

Nr. 3: Hausaufgaben machen

Es gibt viele verschiedene Technologien zur Auswahl (FDM, SLA, DLP, etc.) und jede hat unterschiedliche Stärken und Schwächen. Schauen Sie auf Ihre Anwendung und wählen Sie die Technologie, die am besten zu Ihren Bedürfnissen passt. FDM-Drucker sind einige der beliebtesten, weil sie einfach zu bedienen sind, ein großes Materialangebot haben und für eine Vielzahl von Zwecken genutzt werden können, einschließlich Endverbrauchskomponenten, funktionaler Prototypen, Lehren und Vorrichtungen, kosmetischer Teile usw.

Nr. 4: Material ist der Schlüssel

Die meisten FDM-Maschinen können Commodity-Materialien wie PLA, PETG etc. drucken. Wenn Sie in fortgeschrittenere oder Engineering-Grade-Materialien wie ABS, PC, Nylon, PEKK, Kohlefaser und andere einsteigen, steigt die Druckschwierigkeit signifikant. Einige Materialien erfordern kontrollierte Umgebungen wie eine beheizte oder sauerstofffreie Kammer, um erfolgreich zu sein, während andere spezielle Extruder und Systeme benötigen, um die Materialanforderungen zu handhaben. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, welche Materialien Sie nutzen wollen und dass die Maschine sie erfolgreich handhaben kann.

Nr. 5: Größer ist nicht immer besser

Entgegen dem, was viele suggerieren, ist ein größeres Bauraumvolumen nicht immer besser. Obwohl es verlockend ist, zukunftssicher zu sein und eine Maschine mit dem größten Bauraum zu kaufen, den man sich leisten kann, macht das nicht immer Sinn. Große Drucke können sehr lange dauern, besonders solche mit Stützmaterial, und das ist nicht immer praktisch. In vielen Fällen sind Sie besser dran, für die seltenen Fälle, in denen ein großes Bauraumvolumen benötigt wird, zu einem Service Bureau zu gehen. Natürlich ist das eine Entscheidung, die auf Ihren einzigartigen Bedürfnissen basieren muss.

Wie bereits erwähnt, sind Mignattis Worte relevant, egal welchen Drucker Sie aktuell nutzen oder in Betracht ziehen. Und doch ist es essenziell, zurückzukehren zu dem, was Simkin sagt – dass sieben 3D-Drucktechnologien existieren, jede mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. MakerBot und seine Muttergesellschaft Stratasys repräsentieren drei davon – FDM, SLA und PolyJet – obwohl konkurrierende Technologien wie SLS (Selektives Lasersintern), DMLS (Direct Metal Laser Sintering), Binder Jetting und andere für die Fertigungsgemeinschaft nicht weniger relevant sind.

3D-Drucktechnologien

Für diejenigen, die neu im 3D-Druck sind, hier sind einige der additiven Fertigungstechnologien, wie von der International Organization for Standardization (ISO/ASTM 52900) kategorisiert.

Alle bauen Teile oder Teilmerkmale Schicht für Schicht auf, meist von unten nach oben, und alle erfordern, dass Teile ein gewisses Level an Post-Processing-Stützenentfernung durchlaufen, das Reinigen, Schleifen und Zerspanen einschließen kann.

Vat-Photopolymerisation umfasst Stereolithografie (SLA) und Digital Light Processing (DLP). Wie der Name andeutet, setzt es ein Vat mit photoreaktivem Harz und eine bewegliche Bauplattform zusammen mit einer ultravioletten (UV) Lichtquelle wie Laser oder Digitalprojektor ein, um jede Schicht flüssigen Harzes zu „härten“.

Pulverbettfusion (PBF) Drucker fertigen Metall- oder Kunststoffteile, indem sie einen Laser nutzen, um einzelne Pulverpartikel, die feinem Sand ähneln, zu verschmelzen oder sogar zu schmelzen. Unternehmen wie GE Aviation haben in den letzten Jahren Schlagzeilen gemacht, indem sie Düsen für das LEAP-Triebwerk 3D-druckten, obwohl unzählige andere Anwendungen für diese wichtige Technologie existieren.

Schichtlaminierung (SL) ist bekannter als Laminated Object Manufacturing (LOM), was das Kleben von lasergeschnittenen Papierstücken übereinander zum Aufbau von Teilen beinhaltet. Neuere Systeme sind auf faserverstärkte Verbundwerkstoffe statt Papier umgestiegen, was sie für große strukturelle Komponenten in Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie geeignet macht.

Es gibt noch viel mehr. Elektronenstrahlschmelzen (EBM) ist genau das, was der Name beschreibt – die Nutzung einer Elektronenkanone statt eines Lasers zum Schmelzen von Metallpulver. Binder Jetting (BJ) injiziert kleberartigen flüssigen Binder auf ein Bett aus Kunststoffpulver, während Material Jetting (MJ) flüssige Photopolymere auf eine Bauplattform sprüht und sie dann mit UV-Licht härtet. Für fünfzig Dollar kann jeder, der die vollständige Spezifikation lesen will, sie hier finden: ISO/ASTM 52900:2015.

Wie nutzen Sie additive Fertigung in Ihrer Anlage? Teilen Sie Ihre Gedanken und Einsichten in den Kommentaren unten.