3D-Druck Normen als Chance?

Der 3D-Druck öffnet kreativen Ideen Tür und Tor. Das haben auch viele Start-ups erkannt. Nach der ersten Euphorie trübt sich jedoch häufig die Stimmung. Denn auch junge Unternehmen müssen Richtlinien und Vorschriften befolgen. Der Teufel liegt – wie immer – im Detail.

3D-Druck ist für jeden etwas. Die Geräte sind mittlerweile schon für knapp 200 Euro erhältlich. Und selbst für diejenigen, die noch auf eine zündende Idee für den Einsatz ihres Druckers warten, ist gesorgt. Spezielle Onlineportale bieten heute Druckvorlagen zum Download an.

Ganz anders sieht es in der Industrie aus. Hier hat das sogenannte »Additive Manufacturing« bereits weite Bereiche der Fertigung – sei es nun Prototyping oder Herstellung einzigartiger komplexer Produkte oder kleiner Ersatzteilserien – revolutioniert. Auch im universitären Umfeld hat sich eine Reihe von Unternehmen etabliert, die das Thema völlig neu interpretieren und kreative Wege für die Nutzung der Technik aufzeigen. Das reicht von der Produktion medizinischer Prothesen, über den Lebensmitteldruck, bis hin zu 3D-Druckern mit einem Volumen von mehr als einem Kubikmeter.

Additive Manufacturing

In der Industrie hat sich der 3D-Druck vor allem als additives Fertigungsverfahren etabliert, bei dem unterschiedliche Materialien schichtweise aufgetragen werden, um dreidimensionale Werkstücke zu erzeugen. Zum Einsatz kommen dabei meist Kunststoffe, feste oder flüssige Kunstharze, Keramik oder Metalle. Vor allem im technologischen Umfeld ist Verarbeitung von Metallpulver mit den Verfahren Laserstrahlschmelzen (LBM), Elektronenstrahlschmelzen (EBM) sowie Lasersintern (SLS) verbreitet.

Allerdings sind die Entwicklung und die Herstellung von Produkten im 3D-Druck alles andere als trivial. Dabei geht es nicht nur um die rein technischen Einschränkungen des Verfahrens, auch die richtige Behandlung der verwendeten Materialien oder die Einbindung der Hardware in automatisierte Prozessketten können eine Herausforderung darstellen. Zudem kommt Additive Manufacturing nicht selten in hochsensiblen Branchen zum Einsatz, wie etwa der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik. Auch Start-ups sollten sich hier frühzeitig mit Fragen der Sicherheit, der Qualitätssicherung und der Rückverfolgbarkeit von Materialien beschäftigen. Nicht zuletzt, um hinsichtlich der Produkthaftung auf der sicheren Seite zu sein.

Darüber hinaus muss sich auch das Additive Manufacturing an Normen und Standards orientieren, wie sie für die klassische Fertigung gelten. Dazu zählt unter anderem die Arbeitssicherheit, aber auch entsprechend zertifizierte Testmethoden. Selbstverständlich müssen alle 3D-Drucker zudem im Hinblick auf ihre elektrische Sicherheit und die Bedienung den geltenden Normen entsprechen, um die Mitarbeiter zu schützen. Tatsächlich existiert bereits eine ganze Reihe von Richtlinien und Festlegungen, die zur Beurteilung der Konformität herange­zogen werden können. Sie decken unterschiedliche Bereiche ab: von der allgemeinen Maschinensicherheit bis hin zu den Anforderungen an die Beschaffung additiv gefertigter Bauteile.

Bei allen neuen Techniken beginnt der Normierungsprozess bei der Definition von Terminologien, befasst sich im Anschluss mit Prozessen und Materialien und geht dann hin zu Testmethoden, dem Designprozess sowie den verwendeten Datenformaten. Hier ist auch im Hinblick auf die additive Fertigung der Normierungsprozess am weitesten fortgeschritten. Einige Standards sind in der Endfassung bereits veröffentlicht worden. In anderen Bereichen ist dagegen noch viel zu tun.

Professionelle Anwender benötigen klare Kriterien und überprüfbare Qualitätsmerkmale, um additive Verfahren in die Abläufe ihrer Fertigung integrieren zu können. Sie müssen sich darauf verlassen können, dass während des Fertigungsprozesses bei einer einheitlichen Datengrundlage auch gleichartige Bauteile produziert werden und die Abweichungen im Rahmen der bei herkömmlicher Fertigung üblichen Toleranzen liegen.

Viele beteiligte Institutionen

An der Definition von Standards sind eine ganze Reihe von Organisationen beteiligt, darunter IEC, ISO oder ASTM; in Deutschland auch das DIN oder der VDI. Aufgrund seiner wirtschaftlichen Bedeutung zählt auch das Wirtschaftsministerium hierzulande den 3D-Druck zu den Schlüsseltechnologien. Die Normierungsaktivitäten des DIN und des VDI sind in verschiedenen Bereichen in die internationalen ISO-Normen eingeflossen. Das Sekretariat des technischen Komitees »TC 261 Additive Manufacturing« der ISO ist in Deutschland beheimatet und die Arbeitsgruppe für Methoden, Prozesse und Materialien wird ebenfalls von Deutschland aus geführt. Der VDMA ist zudem im Bereich der Standardisierung aktiv und richtet sich mit seiner Arbeitsgemeinschaft »Additive Manu­facturing« besonders stark auf das Thema Industrie 4.0.

Die Definition von Normen und Richtli­nien sowie der Zertifizierung ist allerdings eine hochkomplexe, internationale Herausforderung, bei der Organisationen, Behörden und Forschung transna­tional zusammenarbeiten müssen, um
zu allgemein akzeptierten Grundlagen zu gelangen.

3D-Druck als Risiko

Die im 3D-Druck verwendeten Materialien können nicht nur eine Herausforderung in Bezug auf die Qualität der Produkte darstellen, sondern auch eine potenzielle Gefahrenquelle für die Mitarbeiter sein. So sind etwa Metallpulver gefährlich, die eine Partikelgröße von weniger als 100 Mikrometer besitzen, wenn keine Schutzausrüstung getragen wird. Zudem besteht ein Explosionsrisiko, wenn Metallpulver durch Überhitzung in Brand gerät, oder eine Erstickungsgefahr durch die eingesetzten Gase.

UL hat in Zusammenarbeit mit dem Georgia Institute of Technology hierzu eine zweijährige Forschungsarbeit durchgeführt, die zu dem Schluss kam, das 3D-Druck eine Quelle für flüchtige organische Chemikalien und ultrafeine Partikel in der Raumluft darstellen kann. Auf dieser Basis hat UL gemeinsam mit ANSI den Standard 2904 (ANSI/CAN/UL 2904, »Standard Method for Testing and Assessing Particle and Chemical Emissions from 3D Printers«) entwickelt, der eine anerkannte Methode für das Prüfen und Testen von chemischen Emissionen und Partikeln durch 3D-Drucker bereitstellt, wie sie in Schulen, Büros oder im privaten Umfeld genutzt werden.

Standards sei Dank

Gerade für junge und kreative Unternehmen wirken gesetzliche oder branchenspezifische Vorschriften oftmals als Hemmschuh für die Entwicklung neuer Ideen, Produkte und Lösungen. Der Praxisschock ereilt jedoch nicht nur Start-ups, sondern auch etablierte Unternehmen, die ihre Produktentwicklung ungenügend vor dem Hintergrund bestehender Standards reflektiert haben.

Bei genauerer Betrachtung folgt die Normierung allerdings der Praxis und versucht, den Innovatoren Prinzipien an die Hand zu geben, die eine Orientierung an geltenden Richtlinien ermöglichen, um Sackgassen zu vermeiden und ein Unternehmenswachstum zu fördern.

Organisationen wie UL verfügen über langjährige Erfahrung mit gleichgearteten Technologien und können so Hilfestellung leisten, um auf Basis erprobter Best Practices negative Erfahrungen bei der Produktentwicklung und Markteinführung vorzubeugen. Eine entsprechende Zertifizierung wird zudem mehr und mehr als Kriterium für die Beschaffung herangezogen und damit zu einem wichtigen Instrument der Geschäftsstrategie.

 

 

Über UL

Das Unternehmen für Produktsicherheit und Zertifizierung ist weltweit tätig. UL fördert sichere Lebens- und Arbeitsbedingungen durch wissenschaftliche Erkenntnisse. Das UL-Zeichen erzeugt Vertrauen und ermöglicht dadurch den sicheren Einsatz neuer Produkte und Techniken. Alle Mitarbeiter von UL arbeiten daran, die Welt zu einem sichereren Ort zu machen. Sie prüfen, inspizieren, auditieren, zertifizieren, validieren, verifizieren, beraten, schulen und sie unterstützen diese Arbeit durch Software-Lösungen für Sicherheit und Nachhaltigkeit. Die Zen­trale für Europa ist die UL International Germany GmbH mit Hauptsitz in Neu-Isenburg bei Frankfurt. Mehr über UL erfährst Du auf UL.com.

 

 

Der Autor

Ingo M. Rübenach ist Vice President Central, East and South Europe Region bei UL, einem weltweit tätigem Unternehmen für Produktsicherheit und Zertifizierung. Als Mitglied des internationalen Management-Teams von UL arbeitet Rübenach mit allen UL-Geschäftsbereichen zusammen, um Wachstumsstrategien zu entwickeln und die regionale Umsetzung zu unterstützen.