Überwindung wichtiger Hindernisse in der additiven Fertigung:Ein praktischer Leitfaden

Veröffentlicht am 26. Oktober 2022

Ursprünglich veröffentlicht auf fastradius.com am 26. Oktober 2022

3D-Druck, auch Additive Fertigung genannt, ist eine relativ neue Technologie, die jedoch bereits einen langen Weg zurückgelegt hat. Seit seiner Erfindung in den 1980er Jahren hat sich der 3D-Druck in der Fertigungsindustrie immer mehr durchgesetzt, sodass der weltweite 3D-Druckmarkt im Jahr 2021 auf 12,6 Milliarden US-Dollar geschätzt wurde und bis 2026 voraussichtlich auf 34,8 Milliarden US-Dollar anwachsen wird.

Obwohl Unternehmen wie Adidas und Rawlings die 3D-Drucktechnologie genutzt haben, um innovative neue Produkte zu entwickeln, steht die additive Fertigung weiterhin vor Herausforderungen bei der Einführung im industriellen Maßstab. Untersuchungen deuten darauf hin, dass 63 % der Unternehmen, die additive Fertigung nutzen, die Technologie nur für Prototyping-Zwecke nutzen und nur 21 % sie zur Herstellung von Artikeln verwenden, die mit anderen Methoden nicht hergestellt werden können.

Häufige Herausforderungen bei der additiven Fertigung

3D-Drucker in Produktionsqualität sind viel günstiger als industrielle CNC-Maschinen oder Spritzgussmaschinen, aber die Ausrüstung für die additive Fertigung kann dennoch kostspielig sein. Tatsächlich nannten 25 % der Befragten in einer Umfrage von Stratasys die Ausrüstungskosten als größte Herausforderung beim Einsatz der additiven Fertigung. Diese Reaktion ist kaum überraschend:Das Sparen der Anschaffungskosten für einen 3D-Drucker kann einige Zeit in Anspruch nehmen, und die meisten Unternehmen benötigen mehr als einen, um das Auftragsvolumen zu bewältigen, was bedeutet, dass sie noch mehr Geld investieren müssen. Manche Unternehmen können die Investitionsausgaben einfach nicht rechtfertigen. 

Hinzu kommen die Herstellungs- und Verarbeitungskosten selbst. In derselben Stratasys-Umfrage gaben 16 % der Befragten an, dass die mit der additiven Fertigung verbundenen Herstellungskosten ein Hauptanliegen seien. Obwohl 3D-Drucker sehr autonom sind, benötigen sie dennoch jemanden, der die digitale Datei an den Drucker sendet, sicherstellt, dass der Drucker richtig konfiguriert ist, und den Druckvorgang startet. Bei FDM-Drucken (Multimaterial Fused Deposition Modeling) muss möglicherweise jemand vor Ort sein, um die Filamente während des Drucks auszutauschen und je nach verwendetem Material und Drucker die Düse, die Druckgeschwindigkeit, die Rückzugseinstellungen und die Druckbetttemperatur anzupassen. Sobald ein Druck fertig ist, muss schließlich jemand alle Stützstrukturen entfernen und das Teil bearbeiten, um eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.

Über die Herstellungs- und Verarbeitungskosten hinaus fallen zusätzliche Wartungskosten für die Ausrüstung an. 3D-Drucker können ohne ordnungsgemäße Wartung ausfallen, sodass Unternehmen tagelang (oder sogar wochenlang) ohne neue Teile zurückbleiben, während sie auf die Ankunft von Ersatzteilen warten. Bei FDM-Druckern kann die Wartung darin bestehen, die Riemenspannung regelmäßig anzupassen und angesammelten Kunststoff aus der Düse zu entfernen. Multi Jet Fusion (MJF)-Drucker erfordern eine regelmäßige Wartung des Druckkopfs und der Heizlampe, was Tausende von Dollar pro Jahr kosten kann, und Stereolithografie-Drucker (SLA) erfordern eine regelmäßige Wartung oder sogar einen Austausch des Harztanks. Mit der Zeit können sich diese Wartungskosten durchaus summieren.

Auch die additive Fertigung stellt Herausforderungen dar, wenn die Drucke fertig sind. Die meisten 3D-gedruckten Teile erfordern irgendeine Form der Nachbearbeitung, was Zeit kostet und die Gesamtarbeits- und Gemeinkosten pro Einheit erhöht. Beispielsweise sind SLA-Teile direkt aus dem Drucker mit viskosem überschüssigem Harz bedeckt und müssen in einem Lösungsmittel gewaschen werden. FDM-Teile müssen häufig geschliffen oder mit Dampf geglättet werden, da durch die Stützstrukturen hervorstehende Schichtlinien oder Oberflächenfehler entstehen. Angesichts dieser Probleme ist es kaum verwunderlich, dass 9 % der Umfrageteilnehmer die Nachbearbeitungsanforderungen als größte Herausforderung für die additive Fertigung nannten.

Es ist auch erwähnenswert, dass die additive Fertigung eine viel jüngere Technologie ist als herkömmliche Fertigungsmethoden. Während Spritzguss und CNC-Bearbeitung bereits seit Jahrzehnten eingesetzt werden und bereits über eine große Datenbank kompatibler Materialien sowie weltweit anerkannte Materialstandards verfügen, verfügt die additive Fertigung über eine begrenztere Auswahl an Materialien und weniger etablierte Materialstandards.

Glücklicherweise wird die additive Fertigung immer beliebter und immer mehr Unternehmen investieren in die Entwicklung, Standardisierung und Qualifizierung additiver Materialien. Tatsächlich war einer der wichtigsten Trends in der additiven Fertigung im Jahr 2021 die Einführung neuartiger additiver Materialien. Letztendlich wird diese Forschung es den Herstellern ermöglichen, die Lücke zwischen der additiven Fertigung und anderen Technologien zu schließen. Die Etablierung weltweit anerkannter Standards in verschiedenen Branchen wird auch dazu beitragen, dass die additive Fertigung in der Fertigungslandschaft stärker Fuß fasst.

Technische Herausforderungen für die additive Fertigung

Im Vergleich zu Spritzguss und CNC-Bearbeitung weist die additive Fertigung möglicherweise eine geringere Vorhersagbarkeit und Wiederholbarkeit des Prozesses auf. Beispielsweise durchlaufen additiv gefertigte Teile oft eine Nachbearbeitung, um ihre Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern. Wenn sie nicht richtig kontrolliert wird, ist dies anfällig für menschliches Versagen und kann dazu führen, dass Komponenten die engen Toleranzanforderungen nicht erfüllen. Dieses Problem stellt eine Herausforderung dar, wenn es um den Einsatz der additiven Fertigung in Branchen geht, die ein extrem hohes Maß an Genauigkeit erfordern, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilbranche.

Obwohl die additive Fertigung es Unternehmen ermöglicht, komplexe Objekte ohne zusätzliche Montage zu drucken, können Nachbearbeitungstechniken die Durchlaufzeiten verlängern und die Budgets belasten. Darüber hinaus müssten Unternehmen wahrscheinlich in Inspektions- und Qualitätskontrollressourcen investieren, um sicherzustellen, dass 3D-gedruckte Teile allen erforderlichen Spezifikationen entsprechen.

Betriebliche und organisatorische Herausforderungen bei der additiven Fertigung

Als relativ neue Technologie steht die additive Fertigung auch vor betrieblichen und organisatorischen Herausforderungen. Es gibt nicht nur keinen Präzedenzfall für die Einführung der additiven Fertigung auf betrieblicher Ebene, sondern es mangelt auch an auf der Technologie basierenden Geschäfts- und Kostenkalkulationsmodellen. Viele Unternehmen scheuen den Einsatz des 3D-Drucks auch, weil sie unsicher sind, ob sie digitale Designs besitzen.

Zu diesen Herausforderungen kommt noch hinzu, dass es nur wenige spezielle Bildungsgänge speziell für Berufe in der additiven Fertigung gibt, was zu einem Mangel an qualifiziertem Personal mit fundierten Kenntnissen der Technologien und Prozesse geführt hat. Diese Faktoren, kombiniert mit dem typischerweise begrenzten Wissen über additive Technologien in Unternehmen, die nicht speziell auf additive Fertigung spezialisiert sind, führen dazu, dass viele Kunden nicht sicher sind, wo sie einen Mehrwert für ihr Unternehmen darstellen können, und sie daher – oft zu ihrem eigenen Nachteil – ganz darauf verzichten.

Herausforderungen lösen durch die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Partner für additive Fertigung

Wenn Sie nicht ganz sicher sind, wie Sie die additive Fertigung in Ihr Unternehmen integrieren können, nicht herausfinden können, wie Sie für den 3D-Druck entwerfen sollen, oder nicht bereit sind für die Investitionen und technischen Herausforderungen, die mit dem Besitz eines eigenen 3D-Druckers einhergehen, ist es am besten, mit einem Fertigungspartner zusammenzuarbeiten. Ein erfahrener 3D-Druckpartner kann Ihnen dabei helfen, viele der größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der additiven Fertigung zu meistern, darunter Vorabkosten für die Ausrüstung, inkonsistente Ergebnisse und mangelnde 3D-Druckkenntnisse. Durch die Zusammenarbeit mit einem Partner erhalten Sie außerdem Zugang zu mehr additiven Materialien und einem umfassenderen Angebot an Nachbearbeitungsoptionen.

Wenn Sie mit SyBridge zusammenarbeiten, können wir Einblicke in die Design- und Materialauswahlprozesse für additive Fertigungstechnologien gewähren und sogar Möglichkeiten zur Kosteneinsparung identifizieren, um Ihnen bei der Maximierung Ihrer Einsparungen und Gewinne zu helfen. Kontaktieren Sie uns noch heute, um mit einem Experten für additive Fertigung zu sprechen.