Die Additive Fertigung ermöglicht die schichtweise Herstellung dreidimensionaler Bauteile. Neue Materialien eröffnen dabei vielfältige Möglichkeiten, von flammhemmenden Kunststoffen bis hin zu innovativen Metallwerkstoffen wie reinem Kupfer oder Zamak 5 (Zink). Für manche Projekte eignen sich aber auch eher konventionelle Herstellungsverfahren. Der PROTIQ-Marketplace bietet Anwendern einen Überblick über etablierte und neue Fertigungsverfahren sowie transparente Preisvergleiche.
Das richtige Verfahren finden
Die Additive Fertigung unterliegt einer rasanten und kontinuierlichen Weiterentwicklung, wodurch sich Jahr für Jahr neue Möglichkeiten und Potenziale eröffnen. Im Bereich der verfügbaren Kunststoffmaterialien beispielsweise, ermöglichen neue Materialien die Herstellung von Bauteilen mit flammhemmenden und ESD-ableitenden Eigenschaften.
Für den Anwender gestaltet es sich aufgrund dieser dynamischen Entwicklung jedoch zunehmend schwierig, den Überblick zu behalten und neue Potenziale zu bewerten und zu nutzen. Hier unterstützt der PROTIQ-Marketplace mit einem breiten Portfolio an etablierten und neuen Fertigungsverfahren sowie einer direkten Gegenüberstellung. Alles an einem Ort, transparent und auch direkt im Preis vergleichbar
Für jede Anwendung das passende Fertigungsverfahren
Selbstverständlich ist es von großer Bedeutung, die Additive Fertigung stets im Kontext der klassischen Fertigungsverfahren zu betrachten und zu bewerten. Nur dann, wenn sich ein individueller Anwendungsfall mit den additiven Fertigungsverfahren als wirtschaftlich vorteilhaft gegenüber anderen Fertigungsmethoden erweist, ist eine sinnvolle Umsetzung möglich. Dies trifft üblicherweise bei geringen und mittleren Stückzahlen oder komplexen Bauteilgeometrien zu.
Einfache Geometrien und simple Formen lassen sich oft durch eine spanende Dreh-und-Fräsbearbeitung erzeugen. Dies trifft vor allem dann zu, wenn gleichzeitig auch sehr hohe Anforderungen in Toleranzen und Präzision gelegt werden.
Bei Anwendungen mit besonders hohen Stückzahlen, eignen sich hingegen die Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Gießens besonders gut. Bei Kunststoffen kommt dabei das Kunststoff-Spritzgießen zum Einsatz, das sich durch alle Branchen schon lange als Standard etabliert hat. Maximale Stückzahlen von einigen Millionen Teilen sind hier keine Seltenheit. Metallbauteile in großen Stückzahlen werden üblicherweise im Zink- oder Aluminium-Druck-Guss-Verfahren hergestellt. Das Prinzip und die Stückzahlen sind denen des Kunststoffbereichs ähnlich.
Das Vakuumgießen bildet ein Zwischenglied von der Additiven Fertigung zur Großserie im Kunststoffspritzgießen. Es eignet sich für die Herstellung geringer Stückzahlen bis zu Serien mittlerer Größe. Das Verfahren stellt eine Möglichkeit dar, die Vorteile additiv hergestellter Einzelstücke oder Kleinserien zu höheren Stückzahlen zu vervielfältigen. Außerdem können die 3D-gedruckte Geometrie eines Bauteils mit den Vorteilen einer sehr großen Auswahl von möglichen Materialeigenschaften kombiniert werden.
Allgemein gliedern sich die Additiven Fertigungsverfahren nach der eingesetzten Technologie und der Form des Ausgangsmaterials. Unterschieden wird in drei große Bereiche: feste, flüssige und pulverförmige Ausgangsmaterialien.
Das bekannteste und am weitesten verbreitete Fused-Deposition-Modeling Verfahren (FDM, auch bekannt als FFF-Verfahren) findet vor allem im privaten und Low-Cost-Umfeld Anwendung. Es basiert auf dem Aufschmelzen eines festen Kunststofffilaments, das durch eine feine Düse lokal abgelegt wird. Dieses Verfahren ist kostengünstig, weist jedoch eine geringe Bauteilfestigkeit und Detailgenauigkeit auf. Aufgrund seiner eingeschränkten Produktivität eignet es sich eher für geringe Stückzahlen und Bauteile ohne hohe Qualitätsansprüche.
Für die additive Fertigung mit industriellen Ansprüchen kommen vor allem die flüssigharz- und pulverbasierten Verfahren zum Einsatz. Die harzbasierten additiven Verfahren, wie beispielsweise die Stereolithographie (SLA), ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit hervorragender Detail- und Oberflächenqualität. Dabei werden die Bauteile aus flüssigem, fotoreaktivem Kunstharz erzeugt und Schicht für Schicht durch eine präzise UV-Lichtquelle ausgehärtet.
Obwohl diese Bauteile bisher aufgrund ihrer geringen Festigkeit und Verformbarkeit hauptsächlich für Prototypen verwendet wurden, können dank neu entwickelter Harze mittlerweile auch hochbelastbare Serien-Bauteile hergestellt werden, z.B. im CLIP-Verfahren oder mit der Hot-Lithographie.
Neue innovative additive Fertigungsverfahren kombinieren die Vorteile des präzisen Harz-3D-Drucks mit der Produktion von hochdetaillierten Bauteilen aus technischer Keramik, reinem Quarzglas oder hochfesten Metallbauteilen. Hierbei wird in einem zweistufigen Prozess zuerst ein sogenannter Grünling aus Harz aufgeabaut, in welchen hohe Anteile aus Keramik, Silikaten oder Metallpartikeln gemischt wurden. Dieser Körper wird anschließend in einem thermischen Brennprozess restlos vom Polymer befreit, sodass ein hochpräzises Bauteil aus reiner technischer Keramik (LCM), echten Quarzglas (LGM) oder filigranem Edelstahl (LMM) zurückbleibt.
In der industriellen additiven Fertigung von mechanisch belasteten Strukturbauteilen dominieren vor allem die pulverbasierten Verfahren. Die erreichbaren hohen Bauteilfestigkeiten, zusammen mit guter Oberflächenqualität und hoher Designfreiheit bilden hier eine ideale Kombination. Zusätzlich verfügen die Verfahren über eine hohe Produktivität.
Bei der additiven, pulverbettbasierten Herstellung von Kunststoffbauteilen dominieren zwei Verfahren den Markt: das Selektive Lasersintern (SLS) und das Multijet Fusion (MJF). Bei beiden Verfahren werden die Bauteile aus feinem Kunststoffpulver erzeugt, das mithilfe einer starken Lichtquelle (Laser oder Stahler) lokal aufgeschmolzen wird. Während des Druckprozesses sind die Bauteile von nicht aufgeschmolzenem Pulver umgeben, sodass auf den Einsatz von Stützstrukturen verzichtet werden kann. Dies ermöglicht eine hohe Produktivität sowie die Umsetzung von feineren Details, höheren Festigkeiten und größerer Komplexität. Die Bauteile eignen sich besonders für mechanisch belastete Komponenten und können auch für Serienanwendungen genutzt werden.
Für die Herstellung noch höher belastbarer Bauteile aus Metall kommt das sehr ähnliche Verfahren des Selektiven Laserschmelzens (SLM), auch bekannt als Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), zum Einsatz. Ähnlich wie beim SLS-Prozess wird feines Pulver – in diesem Fall Metallpulver – mithilfe eines starken Lasers miteinander verschmolzen. Die verfügbare Materialvielfalt reicht von hochfesten Stählen über Leichtmetalle wie Aluminium und Titan bis hin zu Sondermaterialien wie Zink und Kupfer. Die Anwendungsfelder im additiven Metallbereich sind vielfältig, da die Materialeigenschaften der Bauteile mit konventionellen Fertigungsverfahren vergleichbar sind. Typische Einsatzgebiete für Bauteile aus diesem Verfahren sind der Leichtbau im Automobil- und Luftfahrtsektor, individuelle Komponenten im Maschinenbau sowie komplexe Erwärmungs- und Formwerkzeuge.
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