additive fertigung

Additive Fertigung, beziehungsweise 3D-Druck ist in aller Munde. Eine STudie zeigt nun Chancen und risiken auf. - Bild: metalurgiamontemar0/Pixabay

Wo die konventionelle Fertigung an ihre Grenzen stößt, zeigt die additive Fertigung ihre Stärken. Die Verfahren, die außerhalb der Fachwelt auch unter dem geläufigeren Namen 3D-Druck bekannt sind, erfahren derzeit eine steigende Popularität. Laut der von der Bundesregierung eingerichteten Expertenkommission für Forschung und Innovation (EFI) werden additive Fertigungsverfahren in Zukunft eine wichtige Rolle als Schlüsseltechnologie einnehmen.

Bei der Studie der Begleitforschung des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Technologieprogramms „Autonomik für Industrie 4.0“ kristallisiert sich unter anderem heraus: Für die Automatisierung der 3D-Fertigung bedarf es einer einheitlichen Datenkette.

Additive Fertigungsverfahren erlauben – im Gegensatz zu konventionellen subtraktiven Verfahren wie Drehen oder Fräsen und den formativen Fertigungsverfahren wir Gießen oder Schmieden –  die Herstellung komplexer Geometrien und innerer Strukturen und vielfältige Nutzungsmöglichkeiten unterschiedlicher Materialien. In der industriellen Fertigung befindet sich die Technologie bereits in einem fortgeschrittenen Stadium.

Die Verkaufszahlen industrieller Drucker haben sich zwischen 2010 und 2014 in Deutschland mehr als verdreifacht. Die Vorteile der additiven Fertigung in der Produktion sind eine deutlich erhöhte Flexibilität, insbesondere bei der Produktion von kleinen Losgrößen und komplexen Bauteilgeometrien. 

Um aber in der industriellen Fertigung nicht nur für den Prototypen- und Kleinserienbau bestehen zu können, müssen additive Fertigungsverfahren noch weiterentwickelt und die vollständige Automatisierung der Prozesskette angestrebt werden. Notwendig sind hierfür die Entwicklung von Kommunikationsstandards und –tools für die Integration der additiven Fertigung in die Smart Factories sowie die Gewährleistung von Informationssicherheit. Ebenso müssen gängige Qualitätssicherungstools wie zum Beispiel zerstörungsfreie Prüfverfahren weiterentwickelt werden.

Zu den dringlichsten Herausforderungen der additiven Fertigung gehört die Entwicklung intuitiver Modellierungswerkzeuge. Voraussetzung für die Verfahren sind dreidimensionale Modelle, die mit einem 3D-Scanner oder rechenunterstützt mit CAD-Programmen erstellt werden. Im industriellen Bereich mangelt es allerdings bei den Softwareanwendungen bis heute noch beispielsweise an der Möglichkeit zur Zugabe von Informationen über Materialeigenschaften oder Bauteilverhalten.

Dafür sind bisher zusätzliche Softwarelösungen notwendig, die in der Regel nicht zwingend miteinander kompatibel sind. Die Entwicklung von Werkzeugen und Dateiformaten, die eine Modellierung von Form und Verhalten sowie die Simulation von Bauteileigenschaften gleichermaßen ermöglichen bzw. unterstützen, ist deshalb unabdingbar.

Positiv zu vermerken sind die ressourcenschonenden Effekte der additiven Fertigung, die aus der Möglichkeit der Production on Demand und Production on Site hervorgehen können. Lagerkosten werden eingespart, Überproduktion wird vermieden und Transportwege sowie -zeiten reduziert. Zudem ermöglicht der 3D-Druck die Umsetzung neuer Leichtbaukonzepte, so dass die Ökobilanz der additiv gefertigten Produkte in der Nutzungsphase nachhaltiger ausfallen kann. Laut aktuellen Studien ist die Auslastung einer der wichtigsten Faktoren bezüglich der Nachhaltigkeit von 3D-Druckern.

Sogenannte Sharing-Konzepte sind bei dem Einsatz dieser Technologien von Vorteil. Voraussetzung hierfür ist eine möglichst intelligente Vernetzung von 3D-Druckern, damit diese über den Unternehmensstandort hinaus bestmöglich ausgelastet werden können. So könnten die Geräte auch gemeinsam von unterschiedlichen Unternehmen genutzt und damit additive Fertigungsverfahren ressourcenschonend und nachhaltig gestaltet werden. Die Notwendigkeiten zur Entwicklung von Konzepten und Technologien zur optimalen Vernetzung der Geräte sowie von Logistikkonzepten für Sharing-Möglichkeiten von 3D-Druckern in Echtzeit sind somit wichtige Erkenntnisse aus der Studie der Begleitforschung.

Die Studie können Sie hier herunterladen: Download

BMWi