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Additive Fertigungstechniken

Was 3D-Druck kann und was nicht!

17. August 2017, 11:30 Uhr | Von Alfred Goldbacher

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Prozess-Simulation befindet sich noch in der Forschungsphase

Derzeit wird an vielen Stellen an der Simulation der additiven Fertigung gearbeitet. Dies betrifft nicht nur das intelligente Generieren der Verfahrwege, sondern auch eine Prozess-Simulation des Materialauftrages, bevor der 3D-Drucker startet. Diese Simulation hat es allerdings bis heute noch nicht aus den Forschungseinrichtungen größerer Anwender sowie vieler Institute heraus geschafft. Einzelne Simulationen mit hohem Aufwand zeigen, dass es prinzipiell funktionieren kann. Bei komplexen Werkzeugmaschinen ist eine Simulation des Maschinencodes aus den Abteilungen der Arbeitsvorbereitung nicht mehr wegzudenken – zu hoch ist die Effizienz dieser Werkzeuge!

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Fertigung und Processing orientieren sich an drei Messkriterien

Die Industrialisierung der additiven Fertigung hat erst begonnen, und die nächsten Generationen der industriellen 3D-Drucker werden sich an den drei Hauptkriterien messen: Qualität, Geschwindigkeit und Kosten. An allen drei Kriterien wird es drastische Verbesserungen geben – zum Teil durch Weiterentwicklung sowie durch den Markteintritt neuer Player und neuer Produktionsmethoden, Werkstoffe etc.

Generell bleibt festzuhalten, dass qualitativ hochwertige Fertigung die Basis dafür sein wird, dass sich die additive Fertigung industriell durchsetzt. Hierzu gehören Produktqualität, Prozess-Sicherheit und Qualitätssicherung. Sie wird hauptsächlich durch folgende Komponenten positiv beeinflusst:

Maschinen und Komponenten

Das Marktwachstum für industrielle 3D-Drucker wächst stetig, und das macht eine industrielle Fertigung erst möglich. Selbst die bisher mehr als Start-ups agierenden Unternehmen werden diesen Weg gehen müssen – ansonsten werden sie vom Wettbewerb übernommen. Mit dem Markteintritt von Trumpf (Metalle) und HP (Kunststoffe) geht ferner die Erwartung einher, dass diese hochwertige Maschinen als Qualitäts-Benchmark für den Wettbewerb liefern werden. Des Weiteren werden neue Player mit neuen Verfahren kommen – XJET ist dafür ein gutes Beispiel.

Werkstoffe müssen qualitativ besser werden

Aufgrund der noch geringen Anzahl von 3D-Druckern gibt es insbesondere bei Metallen erhebliche Qualitätsanforderungen. Der Markt ist derzeit zu klein, um durchgehend hochwertige Pulver zu generieren und zu liefern. Mitte 2016 wurden ca. 4 000 Metalldrucker ausgeliefert, und viele davon befinden sich im Test- oder Institutsbetrieb. Durch das Wachstum werden größere Hersteller mit hochindustrialisierten Anlagen die verlässliche Herstellung qualitativ hochwertiger Metallpulver verbessern. Hinzu kommt die Weiterentwicklung der Materialvielfalt – bis hin zur Möglichkeit, in Verbindung mit der Maschinentechnologie bei Metallen, mehrere Materialien gleichzeitig zu drucken - inkl. kontinuierlichen Übergangs!

Absicherung macht Industrie-Qualität erst möglich

Qualitätssicherung ist ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Industrialisierung. Neueste Maschinen sind in der Lage, von jeder gedruckten Ebene ein Bild zu speichern. Dieses kann mit entsprechender Software automatisch analysiert und ausgewertet werden. Hieraus lassen sich Schlüsse ziehen, inwieweit das Bauteil den Anforderungen entsprechend aufgebaut wurde.

Der nächste Schritt ist die »adaptive« Bearbeitung. Hierbei erkennt die Bild-Auswertung Schwachstellen, woraufhin die Steuerungssoftware gegensteuert. Auf diese Weise erhält man eine Absicherung der Bauteil-Qualität und diese adaptive Regelung trägt zur Verbesserung der Qualität der Bauteile bei. Diesem Ansatz werden derzeit allerdings sowohl durch Rechengeschwindigkeit wie auch durch fehlende intelligente Algorithmen die Grenzen aufgezeigt. Eine Reihe von Instituten beschäftigen sich mit Forschungsprojekten, um eine industrietaugliche Lösung zu finden. Vor 2020 werden industrielle Lösungen am Markt nicht flächendeckend bereitgestellt sein.