Schicht für Schicht zum neuen Produkt

„Die Technologie ist serienfähig, aber man muss ein sehr großes Know-how für den Prozess mitbringen“, sagte Prof. Dr.-Ing. Michael Schmidt. Er ist Inhaber des Lehrstuhls für Photonische Technologien an der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen bei Nürnberg. Im Rahmen des siebten Deutschen…

Die Technologie ist serienfähig, aber man muss ein sehr großes Know-how für den Prozess mitbringen“, sagte Prof. Dr.-Ing. Michael Schmidt. Er ist Inhaber des Lehrstuhls für Photonische Technologien an der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen bei Nürnberg. Im Rahmen des siebten Deutschen Maschinenbaugipfels in Berlin erläuterte Schmidt den aktuellen Forschungsstand im Bereich „Additive Manufacturing“.

Bei der additiven Fertigung werden Werkstücke nach einem Konstruktionsplan in einem 3D-Drucker Schicht für Schicht erstellt. Das Material, das dafür verwendet wird, kann sowohl Kunststoff, wie auch verschiedene Metalle und Legierungen sein. Anders wie bei der spanenden Fertigung wird beispielsweise eine Kugel nicht aus einem Materialblock gefräst, sondern aus einzelnen, übereinander gelegten Scheiben geschaffen.

Bereits jetzt ist es möglich, Prototypen und Werkzeugeinsätze durch das additive Verfahren zu erstellen. Auch medizinische Produkte, wie ein Zahnersatz sind schon erwerblich. Dabei werden aus einer Kobalt-Chrom-Legierung Zahnkronen erstellt. Teilweise werden auch Flugzeugkomponenten, wie Kraftstoffeinspritzdüsen erzeugt.

Die additive Fertigung birgt viele Vorteile. Sie zeigt neue Möglichkeiten für Unternehmensstrukturen, wie Firmen, die darauf spezialisiert sind, die „Baupläne“ der Werkstücke zu vertreiben. Auch das Design und die Konstruktion der Objekte wurden durch viele Aspekte erweitert. Die Produktion von Einzelteilen oder neuen Formen ist durch die schnelle Fertigungstechnologie wirtschaftlich realisierbar. Da für Hohlräume nicht wie bei der spanenden Fertigung Material herausgenommen werden muss, sind abstrakte Formen und dünnwandige Körper mit innenliegenden Merkmalen möglich.

Ein Problem der additiven Fertigung bringt Schmidt auf den Punkt: „Sie können keinesfalls eine Maschine durch additive Fertigung austauschen. Sie müssen den ganzen Prozess erneuern.“ Man könne nicht Einzelteile aus einer Produktionsstraße ersetzen. Auch die einzelnen Komponenten, also das Werkmaterial, der Prozess und die Anlage sind sehr eng miteinander verbunden. Deshalb könne man beispielsweise nicht ohne weiteres einfach ein neues Material für die Anlage benutzen.

Weitere Einschränkungen erfährt das additive Fertigungsverfahren durch den vorhanden Bauraum und die Baugeschwindigkeit. Die herkömmlichen 3D-Drucker sind sowohl im Raum für die Konstruktion, wie auch in der Geschwindigkeit begrenzt. Außerdem fallen immense Anschaffungskosten an.

Ein verantwortlicher Faktor für die Nachteile der additiven Fertigung ist die derzeit herrschende Patentsituation. „Wir haben eine starke Patentierung hinter der Technologie stehen“, erklärt Schmidt. Dadurch würde die Forschung unnötig verlangsamt.

Rainer Lotz, Geschäftsführer der Renishaw GmbH verteidigt die additive Fertigung: „Das ist eine ergänzende Technologie, die in Bereichen interessant wird, in denen die spanenden Verfahren auf physikalische Grenzen treffen.“

Bis 2020 wird es wahrscheinlich Normen und Fertigungsrichtlinien durch den VDI geben, die die additive Fertigung regeln. Bis dahin wird der Umsatz voraussichtlich von 2,2 Milliarden US-Dollar auf über 5,0 Milliarden US-Dollar ansteigen.

Durch die stetige und staatlich subventionierte Forschung werden die Möglichkeiten der additiven Fertigung stark anwachsen. Es ist denkbar, dass in den nächsten Jahren nicht nur menschliches Gewebe und Organe „gedruckt“ werden können. Innerhalb der nächsten hundert Jahre werden wahrscheinlich auch Flugzeuge durch einen Rießen-3D-Drucker gefertigt werden können. Diese Drucker hätten dann Ausmaße von zirka 80 mal 80 Meter.

Stephanie Winterhalter

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