Vier wesentliche Anwendungen der additiven Fertigung für die moderne Industrie

Additive Technologien haben sich im vergangenen Jahrzehnt rasant weiterentwickelt und versprechen neue, spannende Fertigungsmöglichkeiten für Unternehmen quer durch die Industrielandschaft.

Denkt man an additive Fertigung (AM), springt einem sofort Prototyping in den Sinn. Wenn Ingenieure Designs schnell iterieren müssen, ohne die Zwänge traditioneller Fertigungsläufe, funktioniert AM – oft als 3D-Druck bezeichnet – so gut, weil es kein Hartwerkzeug erfordert und schnelle Iteration ermöglicht. Je effizienter ein Prototyp entwickelt werden kann, desto schneller kann ein Unternehmen in die Serienfertigung übergehen – wo traditionelle Verfahren bei Bedarf übernehmen können.

Aber additive Fertigung ist weit mehr als Prototyping, und nicht nur Unternehmen in der F&E-Phase profitieren. Tatsächlich bietet AM signifikante Vorteile in zahlreichen Anwendungen: von Zeit- und Materialeinsparungen bis hin zu völlig neuen Designmöglichkeiten.

Anwendungen der additiven Fertigung

Mit diesem Blick werfen wir einen Blick auf vier spezifische AM-Anwendungen und zugehörige industrielle Use Cases. Additive Fertigung hat Projekte quer durch Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Konsumgüter, Medizintechnik und Robotik revolutioniert – und die hier hervorgehobenen Beispiele zeigen, wie sie traditionelle Verfahren in Geschwindigkeit, Effizienz, Qualität und Kosten übertrifft.

Kleinserien, On-Demand-Teile

Additive Fertigungstechnologie ist einzigartig positioniert, um On-Demand-Bedarf bei Kleinserien zu bedienen.

Traditionelle Fertigungsverfahren erfordern oft große Stückzahlen, um Stückkosten zu senken. Spritzguss kann beispielsweise Werkzeugkosten von 20.000 bis 110.000 $ verursachen, bevor die Produktion überhaupt startet. Im Gegensatz dazu erfordert additive Fertigung keine Kapitalausgaben für Werkzeuge: 3D-gedruckte Teile können in kleinen Stückzahlen, ohne Mindestbestellmengen, genau dann produziert werden, wenn sie gebraucht werden – was Fertigungskosten senkt und Lagerbestände reduziert.

Die Kleinserien-Vorteile von AM bedeuten, dass die Teileproduktion genau an die Marktnachfrage angepasst werden kann. Evans Motorsport Performance (EMP) arbeitete mit Fast Radius an einem Aftermarket-Schraubenabdeckung für den Chevrolet Corvette C8. Ursprünglich aus Aluminium gefertigt, war das Teil komplex und kostspielig in der Herstellung, und EMP benötigte eine Lösung für Kleinserienfertigung mit automobiltauglichem Material. Mit dem Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™-Druckverfahren und EPX 82 Thermoplast reduzierten wir Werkzeugkosten um 12.000 $ und Produktionszeit auf wenige Tage. Das Teil konnte zudem in unserem Virtual Warehouse für On-Demand-Produktion gespeichert werden.

Einzelne konsolidierte Teile

Zusätzlich zu Kleinserien-Vorteilen eröffnet additive Fertigung neue Möglichkeiten für zuvor als „nicht herstellbar“ geltende Teile, einschließlich der Konsolidierung separater Komponenten.

Einzelne konsolidierte Einheiten weisen oft komplexe Geometrien auf, wie Gitterstrukturen, oder sogar bewegte Baugruppen. Additive Fertigung macht diese Teile möglich, weil sie den Druck einer gesamten Baugruppe als ein Teil erlaubt – statt als mehrere Teile, die später montiert werden müssen. Konsolidierung bietet spezifische Vorteile im Konsumgütersektor, wo die Fähigkeit, vereinfachte, effizientere Teiledesigns zu schaffen, bedeutet:

• Weniger Geld und Zeit für Montage
• Geringeres Risiko versteckter Kosten und Projektverzögerungen
• Geringerer Materialbedarf
• Geringeres Risiko von Lieferproblemen
• Geringeres Risiko von Teileversagen

In einem realen Beispiel der Konsolidierungsvorteile arbeitete Fast Radius mit Steelcase™ am Design des Hochleistungs-Bürostuhls SILQ, Gewinner des begehrten Innovation Award auf der NeoCon 2018. Die Armlehnenkappen des SILQ-Stuhls wurden traditionell als drei separate Teile gefertigt und später montiert – ein Prozess, der die Produktzeitlinie verlängerte. Mit dem Carbon DLS™-Prozess konnten wir die Fertigung der Armlehnenkappe in ein einzelnes 3D-gedrucktes Teil konsolidieren: eine kontiguë Einheit mit Gitterstruktur, die Materialverbrauch und Montagekosten substantially reduzierte.

Sehr kleine Teile

Additive Fertigung eignet sich besonders für die Produktion kleinerer Komponenten, etwa in der Größe eines Softballs oder kleiner, bei sehr geringen Stückzahlen.

Wenn die Kleinteileproduktion in der additiven Fertigung skaliert wird, treten oft Geschwindigkeits- und Kostenvorteile auf. Tatsächlich macht es für Kunststoffteile in Größe eines Tischtennisballs (oder kleiner) häufig mehr wirtschaftlichen Sinn, additive statt traditioneller Fertigung zu nutzen. Die Fähigkeit, kleine Teile in Kleinserien zu produzieren, kann in der Medizintechnik vorteilhaft sein, besonders wenn Teile für individuelle Nutzung angepasst werden müssen – wie bei Prothesen oder Implantaten.

Coapt, ein Chicagoer Unternehmen für Oberarmprothesen, beauftragte Fast Radius mit der Verfeinerung der zweiten Generation seines Flaggschiffs: dem Coapt COMPLETE CONTROL System, das elektrische Mustererkennung nutzt, um Menschen mit Oberarmverlust volle Kontrolle über ihre Prothesenarme zu geben. Das innovative System umfasst zwei sehr kleine Teile: den Kalibrierknopf und die Dosenstopfen. Beide sind integral, und der Knopf erfordert eine spezifische Oberflächenstruktur für präzise Benutzerinteraktion. Additive Fertigung erlaubt uns, das Design der Stopfen und des Kalibrierknopfs explizit zu kontrollieren und beeindruckenden Durchsatz zu erreichen: Mit Carbon DLS™ und HP MJF-Druckern produzierten wir 135 Knöpfe (11 × 11 × 5,5 mm) in 35 Minuten und 848 Dosenstopfen (1,75 × 5,2 × 3,2 mm) in 23 Minuten.

Anpassbare Teile

Additive Fertigung bringt beispiellose Anpassungsmöglichkeiten in den Designprozess.

Ohne die Kosten- und Zeitbeschränkungen initialer Werkzeuganforderungen können Designer 3D-gedruckte Teile für spezifische Anwendungen oder Kundenbedürfnisse maßschneidern – bis hin zum Einzelstück. Die Anpassungsmöglichkeiten umfassen Funktionalität, Ästhetik und Branding: einzigartige Elemente können schnell und in sehr kleinem Maßstab eingeführt werden, darunter:

• Neue strukturelle Merkmale
• Oberflächentexturen
• Firmenlogos
• Texte und Designs
• Variable Seriennummern

Als Bonus: Forschungen deuten darauf hin, dass drei Viertel der Verbraucher bereit sind, bis zu 20 % mehr für maßgeschneiderte Produkte zu zahlen – was bedeutet, dass zusätzliche Kosten durch einzigartige Designentscheidungen langfristig wahrscheinlich ausgeglichen werden.

Zusätzlich zu Materialkosten- und Produktionszeitreduzierung bietet die Anpassungsfähigkeit erhebliche potenzielle Vorteile quer durch die Industrielandschaft. In Robotik und Einzelhandel beispielsweise, wenn Kunden Folgeaufträge platzieren, erlaubt 3D-Drucktechnologie, einzigartige Features wie Logos mit einer einfachen Designdatei-Änderung hinzuzufügen. Ebenso in Dental- und Medizintechnik: Teile wie Prothesen, Implantate oder chirurgische Schablonen könnten für den individuellen Empfänger angepasst werden. Individuelle Zahnschienen könnten beispielsweise aus einem Scan gedruckt werden, um perfekt auf die Zähne einer Person zu passen.

Fast Radius 3D-Druck-Anwendungen entdecken

Wenn Sie die Kraft und Möglichkeiten der 3D-Drucktechnologie nutzen möchten und die oben skizzierten Anwendungen für Ihre Bedürfnisse Sinn ergeben, lohnt es sich, Optionen außerhalb traditioneller Fertigungsverfahren zu prüfen. Wenden Sie sich noch heute an das Fast Radius-Team, um Ihr nächstes Projekt mit additiver Fertigung möglich zu machen.

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