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Generation Additive Manufacturing

Viele Verfahren – ein Begriff
Generative Verfahren sind in der Industrie angekommen. Das bestätigen auch die aktuellen Normen und Empfehlungen. So legte der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) die Richtlinie 3404 vor und die Amerikaner definierten mit der ASTM F2792-09e1 die Termini: Additive Manufacturing – AM. Das ist nun der verbindliche Begriff für alle generativen Verfahren. Inzwischen gehören sie zu den sich rasant und innerhalb von immer mehr Technologiefeldern verbreitenden neuen Fertigungstechniken. Die Anzahl der verfügbaren Materialien steigt und die Qualität der Anwendungen nimmt zu. Welche Potenziale generative Fertigungsverfahren inzwischen bieten, weiß Professor Dr. Andreas Gebhardt vom CP-Centrum für Prototypenbau in Erkelenz.

In der Fachwelt kursierten lange Zeit viele verschiedene Fachbegriffe für generative Fertigungsverfahren. Kann man sich nun auf die Bezeichnung Additive Manufacturing einigen?
Andreas Gebhardt: Diese Entwicklung hat einen historischen Hintergrund: Die neuartigen schichtorientierten Fertigungsverfahren wurden um 1987 als Rapid Prototyping vorgestellt und in den Folgejahren auch so bekannt. Das Grundprinzip dieser Schichtbau- oder generativen Verfahren wurde mit unterschiedlichen physikalischen Prinzipien umgesetzt. Die bekanntesten sind die Polymerisation von flüssigen Kunstharzen, die Stereolithographie und das selektive Aufschmelzen von Thermoplasten, das Lasersintern. Die Hersteller, die ihre Maschinen auf diesen physikalischen Prinzipien aufbauten, haben für Ihre Produkte eigene Namen kreiert. So nennt beispielsweise das Unternehmen Realizer ihr Laser-Sinter- oder Schmelzverfahren Selective Laser Melting (SLM) und bezeichnet ihre Maschinen entsprechend. Der Überbegriff Rapid Prototyping wurde in den vergangenen Jahren mehrfach erweitert, um neue Anwendungen zu bezeichnen. Deshalb sprechen wir heute neben dem Rapid Prototping auch von Rapid Tooling und meinen damit Anwendungen für den Werkzeugbau sowie das Rapid Manufacturing. Hier geht es um die direkte Fertigung von Endprodukten. Die Vielfalt wurde schließlich auch den Fachleuten zu viel. Deshalb wurde der Begriff Additive Manufacturing als gemeinsamer Überbegriff für alle generativen – oder Schichtbau-Verfahren geprägt. Zumindest für eine Übergangszeit führt das aber dazu, dass die Begriffe nebeneinander verwendet werden.

Welchen Stand haben die generativen Verfahren aktuell im industriellen Einsatz und welche Materialien sind im Einsatz?
Andreas Gebhardt: Der Einsatz ist inzwischen Routine. Sowohl in der Vorentwicklung als auch in der Modellherstellung sind generative Verfahren unverzichtbar. Ein enormes Entwicklungstempo lässt sich bei der Weiterentwicklung beobachten: Genauigkeiten, Geschwindigkeiten, Materialeigenschaften, Kosten – alles hat sich positiv entwickelt.

Apropos Kosten: Bleiben sie das zentrale Thema?
Andreas Gebhardt: Ja, die Kosten sind bei allen Fertigungsverfahren ein zentrales Thema und Gegenstand ständiger Optimierung. Es gibt aber immer zahlreichere Beispiele dafür, dass Additive Manufacturing oder Rapid Manufacturing nicht nur wirtschaftlich attraktiv ist, sondern ganze Branchen buchstäblich revolutioniert. Für die meisten im Verborgenen, hat sich AM bei der Fertigung von Hörgeräteschalen durchgesetzt. Hier ist davon auszugehen, dass etwa 80 Prozent aller weltweit hergestellten Schalen generativ gefertigt werden. Auch die Zahntechniker, eine seit Jahren wirtschaftlich, man kann sagen gebeutelte Branche, haben die digitalen Verfahren und damit auch die Herstellung mit AM entdeckt und sehen darin eine wichtige Maßnahme zur Zukunfts- sicherung.

Rapid Prototyping-Bauteile sind brüchig und haben eine schlechte Oberfläche. Stimmt das heute noch?
Andreas Gebhardt: Nein. Vor allem bei den Materialien hat es enorme Fortschritte gegeben. Zähigkeit und Festigkeit der Kunststoffe wurden deutlich verbessert. Spritzgegossene und generativ hergestellte Bauteile weisen bei gleichen Geometrien näherungsweise gleiche mechanisch-technologische Eigenschaften auf.

Das Werkstoffangebot ist extrem klein. Somit ist man doch gezwungen, die Bauteile dem Werkstoff anzupassen und nicht umgekehrt?
Andreas Gebhardt: Verglichen mit den rund 40.000 Kunststoffen, die grundsätzlich verfügbar sind, ist das richtig. Aber die tatsächlich verwendeten Kunststoffe machen auch nur einen kleinen Teil dieser großen Palette aus und die generativ zu verarbeitenden Kunststoffe haben heute einen beachtlichen Umfang. Polyamide, sowohl verstärkte als auch unverstärkte, flammgeschützte oder sterilisierbare dominieren. Aber ABS-, PC- und Hochtemperaturqualitäten wie Polysulfene oder PEEK sind verfügbar. Freie Materiallieferanten drängen in den Markt und tragen dazu bei, dass gleiche Materialien auf unterschiedlichen Maschinen verarbeitet werden können. Jeder Werkstoff erfordert natürlich die Anpassung der Bearbeitungsparameter, aber das ist bei nicht generativen Fertigungsverfahren genau so. Viele Hersteller, aber auch unabhängige Forschungsinstitute und Dienstleister unterstützen bei der Evaluierung.

Wir sprechen bisher vor allem über Kunststoffe. Was ist mit Metallen?
Andreas Gebhardt: Metalle werden vor allem als Pulver eingesetzt. Diese sind den Qualitäten, die wir aus der Pulvermetallurgie kennen, sehr ähnlich und deshalb auch in unterschiedlichen Zusammensetzungen gut verfügbar. Neben den so in weiten Bereichen variierbaren Stahl-Legierungen sind CoCr, Titan, Aluminium und auch Gold gut zu ver- arbeiten.
AM-Anwender müssen sich inzwischen viel Wissen aneignen. Wie gelingt das am besten?
Andreas Gebhardt: Da hilft nur, sich damit zu befassen. Die Fachliteratur und vor allem das Studium der jetzt entstehenden Normen, sie basiert auf der bereits veröffentlichten Richtlinie VDI 3404, sind zu empfehlen. Schnell, kompakt und mit der Möglichkeit der direkten Nachfrage lassen sich Informationen vorzugsweise auf Fachtagungen und Fachausstellungen, wie der Rapidtech in Erfurt, gewinnen. Sie bieten die notwenige Verdichtung der aktuellen Informationen und die direkte Fachdiskussion.

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