Viele Menschen bezeichnen die additive Fertigung einfach als "3D-Druck" oder verwenden den Begriff "Rapid Prototyping", wenn sie versuchen, sie zu definieren. Beides sind jedoch Verfahren, die Teilbereiche der additiven Fertigung sind.

Die additive Fertigung (AM) umfasst neben dem 3D-Druck und dem Rapid Prototyping (RP) viele weitere Technologien wie Direct Digital Manufacturing (DDM), Layered Manufacturing und Additive Fabrication.

Mit AM werden die zahlreichen Technologien bezeichnet, mit denen 3D-Objekte durch schichtweises Auftragen von Material hergestellt werden. Bei der additiven Fertigung werden Geometrien durch "Hinzufügen" hergestellt, während bei der subtraktiven Fertigung die Teile durch Entfernen von Material entstehen.

Unabhängig davon, ob es sich bei dem Material um Kunststoff, Keramik, Metall oder Beton handelt, die Technologie entwickelt sich wöchentlich weiter. Wenn Sie diesen Artikel lesen, könnten wir schon bald menschliches Gewebe und andere Alltagsgegenstände in der additiven Fertigung sehen.

Die Grenzen für den Einsatz der additiven Fertigung sind endlos. In den Anfängen des Einsatzes von AM lag der Schwerpunkt auf der möglichst schnellen Herstellung von Prototypen. Obwohl das Rapid Prototyping immer noch ein wichtiger Faktor für den Einsatz von AM ist. In jüngster Zeit wird es in zahlreichen Branchen zur Herstellung von Endprodukten eingesetzt.

Auch hier sind die Möglichkeiten endlos: Auf Photocentric werden unsere Drucker zur Herstellung von Teilen für Flugzeuge, Autos, Zahnarztpraxen, medizinische Implantate, Filmsets, Modeprodukte, Landmaschinen, Schmuck, Sportbekleidung, Brillen und viele andere Bereiche eingesetzt.

Seit der Jahrtausendwende haben die meisten Branchen eine digitale Revolution erlebt. Jetzt kann AM für die meisten Unternehmen digitale Flexibilität und Effizienz in die Fertigung bringen.

Was ist also additive Fertigung? Einfach ausgedrückt: Additive Fertigung ist die Zukunft.

Wie funktioniert die additive Fertigung?

Wie bereits erwähnt, bezieht sich die additive Fertigung auf Technologien, bei denen dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht entwickelt werden. Jede nachfolgende Schicht verbindet sich mit der vorangegangenen Materialschicht.

Der Prozess beginnt jedoch mit der Erstellung des gewünschten Objekts. Die Objekte werden mit einer 3D-Drucksoftware digital definiert. CAD-Dateien werden in .stl-Dateien umgewandelt, in denen das Objekt Schicht für Schicht zerlegt ist.

Sobald eine CAD-Skizze erstellt ist, liest das AM-Gerät die Daten aus der CAD-Datei ein und legt oder fügt nacheinander Schichten aus Flüssigkeit, Pulver, Plattenmaterial oder anderen Materialien auf, um ein 3D-Objekt herzustellen. Verschiedene 3D-Drucker arbeiten auf unterschiedliche Weise. Das Material wird entweder aufgetragen, geschmolzen oder ausgehärtet, um das endgültige Teil zu verschmelzen.

Beispiele für Additive Fertigung (AM)

SLA

Die Stereolithografie (SLA), die in den 1980er Jahren erfunden wurde, war die erste 3D-Drucktechnologie der Welt. Bei diesem Verfahren wird ein Photopolymerharz (ein Polymer, das bei Lichteinwirkung seine Eigenschaften verändert) mit Hilfe von Lasertechnik Schicht für Schicht ausgehärtet. Der Aufbau erfolgt in einem VAT oder Pool aus Harz, in den ein Laserstrahl gerichtet wird, der das Harz aushärtet. Während des Bauprozesses wird die Plattform ständig neu positioniert, wobei sie jedes Mal um eine Schichtdicke abgesenkt wird. Der Prozess wiederholt sich, bis der Bau oder das Modell fertiggestellt ist.

LCD

Die additive Fertigung von LCDs funktioniert ganz ähnlich wie SLA. Anstelle eines Lasers wird jedoch ein LCD-Bildschirm als Lichtquelle verwendet, um einen schnelleren Prozess zu gewährleisten. Bei diesem Format werden ganze Schichten gleichzeitig kodiert und nicht nur kleine Bereiche. Der LCD-Druck profitiert von einem der größten technologischen Fortschritte der letzten 50 Jahre, dem Einsatz von Bildschirmen. Mit diesem Verfahren können wesentlich größere Mengen als mit alternativen Methoden hergestellt werden, so dass neue Produkte in einem bisher unvorstellbaren Tempo entstehen. Die Einfachheit des Verfahrens ist seine Stärke. Wenn Tageslicht statt UV-Licht verwendet wird, ist die Belichtung gleichmäßig und die Maschine über viele Jahre hinweg stabil.

FDM

Neben dem SLA-Verfahren werden beim Fused Deposit Modeling (FDM) thermoplastische Materialien über Düsen auf eine Plattform gespritzt. Bei den Materialien handelt es sich um Polymere, die sich bei Wärmezufuhr verflüssigen und beim Abkühlen zu einem Feststoff erstarren, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. Dieser Prozess wird so lange wiederholt, bis das Gebäude oder Modell fertiggestellt ist.

MJM

Multi-Jet Modelling (MJM) ist ein ähnliches additives Fertigungsverfahren wie ein herkömmlicher Tintenstrahldrucker, bei dem ein Kopf entlang der Dimensionen x, y, z fährt und dabei Schicht für Schicht Thermopolymermaterial aufträgt.

Obwohl es sich um ein sehr genaues Verfahren handelt, sind MJM-Modelle in der Regel nicht für Funktionsprototypen geeignet, da die verwendeten Materialien etwas spröder und nicht UV-beständig sind. Außerdem gibt es Einschränkungen bei der geometrischen Freiheit und hohe Materialkosten im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren.

3DP

3DP Binder Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Modell in einem Behälter gebaut wird, in dem ein flüssiges Bindemittel selektiv aufgetragen wird, um Pulverpartikel aus Stärke oder Gips zu verbinden. Die Materialschichten werden dann zu einem Objekt zusammengefügt. Der Druckkopf tropft das Bindemittel strategisch in das Pulver. Der Auftragskasten sinkt ab, und eine weitere Schicht Pulver wird aufgetragen und Bindemittel hinzugefügt. Nach und nach entwickelt sich das Teil durch die Schichtung von Pulver und Bindemittel.

SLS

Das selektive Lasersintern (SLS) ähnelt in gewisser Weise der SLA-Technologie und verwendet einen Hochleistungslaser, um kleine Kunststoff-, Metall-, Keramik- oder Glaspartikel miteinander zu verschmelzen. Während des Bauzyklus senkt sich die Plattform Schicht für Schicht ab. Der Prozess wird so lange wiederholt, bis der Bau oder das Modell fertiggestellt ist. Anders als bei der SLA-Technologie wird jedoch kein Stützmaterial benötigt, da der Aufbau durch ungesintertes Material unterstützt wird.

Andere

Obwohl es noch andere 3D-Drucktechnologien gibt, sind sie im Zusammenhang mit der additiven Fertigung nicht erwähnenswert.

Vorteile der additiven Fertigung

Zeitersparnis

Obwohl es nicht nur um das Prototyping geht, ist die additive Fertigung ideal für die schnelle Herstellung von Prototypen. Wie bereits erwähnt, ermöglicht das Verfahren die Herstellung von Teilen direkt aus einer 3D-CAD-Datei, wodurch die Kosten und der langwierige Prozess der Herstellung von Vorrichtungen oder Formen entfallen.

Flexibilität bei der Gestaltung

Da der Fertigungsprozess so schnell ist, können Änderungen an den Entwürfen kontinuierlich vorgenommen werden, so dass das Teil durchgehend verbessert werden kann, ohne dass es zu drastischen Verzögerungen und höheren Kosten für die Aktualisierung der Werkzeuge kommt.

Komplexe Geometrien

Die additive Fertigung ermöglicht es den Ingenieuren, mit neuen Ideen zu experimentieren und Teile zu entwerfen, die frei von den bisherigen Beschränkungen der maschinellen Bearbeitung sind und eine Komplexität aufweisen, die mit anderen Methoden nicht möglich ist. Komplizierte Merkmale können nun direkt in die Entwurfsphase integriert werden. Teile, die früher aus mehreren Teilen zusammengesetzt und geschweißt werden mussten, können jetzt als ein einziges Teil hergestellt werden, was zu einer höheren Festigkeit und Haltbarkeit führt.

Gewichtsreduzierung

Konstrukteure können den Bedarf an zusätzlichen gewichtigen Teilen reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit und Integrität des Teils beibehalten, indem sie Strukturen in die Konstruktionsphase einbeziehen und so den Bedarf an überschüssigen Materialien und Komponenten eliminieren.

Umwelt

Die additive Fertigung gilt als ein wesentlich kohlenstofffreundlicheres Verfahren als andere, bei dem weniger Abfall anfällt als bei der subtraktiven Fertigung.

Auf Photocentric haben wir den LCD-3D-Druck erfunden, der bereits die kohlenstoffärmste Form des 3D-Drucks ist. Jetzt entwickeln wir die nächste Reihe von Bildschirmen mit monochromen Displays, die dreimal so viel Licht durchlassen wie Farbdisplays. Durch den Einsatz von Zentrifugieren statt Waschen und selektiver Flächenbeleuchtung in einem autonomen Prozess können wir noch kohlenstoffärmere Herstellungsverfahren anbieten.

Geld sparen

Letztendlich verblassen die anderen Vorteile, wenn das Verfahren für den Hersteller teurer ist. Die additive Fertigung senkt jedoch die Kosten für die Industrie in vielerlei Hinsicht. Das gilt insbesondere für die astronomischen Kosten für die Herstellung von Werkzeugen, Formen und Vorrichtungen.

Angesichts des zusätzlichen Anstiegs der Logistikkosten haben die Kunden durch die Möglichkeit, ihre eigenen Teile vor Ort zu drucken, Tausende von Kosten für den Versand von Teilen aus weit entfernten Ländern eingespart.