Die Bedeutung der additiven Fertigung für die Innovation

Verfasst von: Cat McClintock
  • 1/28/2021
  • Lesestoff : 4 min
A plastic part is fabricated using additive manufacturing.

Die additive Fertigung (AM) ist zwar schon fast vier Jahrzehnte alt (ja, wirklich), aber die Anwendungen in der Praxis haben erst in den letzten zehn Jahren Fahrt aufgenommen. Wenn Sie diese bahnbrechende Technologie erforschen wollen, lesen Sie diese kurze Einführung darüber, was sie ist und warum sie wichtig ist.

Was ist Additive Fertigung?

Additive Fertigung beschreibt eine Methode, Objekte Schicht für Schicht aufzubauen. Sie entwerfen ein 3D-Modell, in der Regel in einem CAD-Programm, und senden die Daten an eine Maschine (manchmal auch 3D-Drucker genannt), die dann ein physisches Objekt erstellt.

Es kann eine Reihe von Materialien und Techniken verwendet werden. Zum Beispiel kann es sich um einfache Extrusion handeln (stellen Sie sich vor, dass Kunststoffschichten wie Kleber aus einer Heißklebepistole aufgetragen werden), um Materialstrahlen (wie bei einem Tintenstrahldrucker) oder um feine Pulver, die mit Lasern geschmolzen werden.

Tatsächlich ist die additive Fertigung so flexibel, dass man sie heute sowohl für die Nanotechnologie als auch für den Hausbau einsetzen kann. Hier ist der Grund, warum alle so begeistert davon sind:

Additive Fertigung schreibt die Regeln für die Produktion neu

Einer der markanten Vorteile der additiven Fertigung ist, dass sie in sich geschlossen ist. Das heißt, es wird nicht nur Ihr Objekt gedruckt, sondern es kann auch das Gerüst erstellt werden, um das Objekt während der Produktion zu stützen. Wenn der Auftrag abgeschlossen ist, kann die Nachbearbeitung so einfach sein wie das Abreißen der überschüssigen Stützen oder das Abblasen von losem Pulver.

Vergleichen Sie das mit der traditionellen Fertigung, die Wochen der Einrichtung, des Formenbaus und der Werkzeugherstellung erfordern kann, bevor das erste Teil vom Band läuft.

Genau aus diesem Grund hat sich die additive Fertigung bei Erfindern und Ingenieuren als beliebt erwiesen, vor allem beim Prototyping. Sobald Sie einen Entwurf haben, können Sie das physische Teil innerhalb von Stunden erstellen. Selbst wenn Sie keinen eigenen Maschinenpark haben, können Sie ein 3D-CAD-Modell an eine Agentur senden und innerhalb von ein oder zwei Tagen ein physisches Teil zurückerhalten.

Additive Fertigung setzt dem Design keine Grenzen mehr

Ein weiteres herausragendes Merkmal der additiven Fertigung ist die Möglichkeit, Teile zu erstellen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht möglich wären.

Mit einer Gitterstruktur können Sie zum Beispiel ein Objekt erstellen, das leichter ist und weniger Material verbraucht als ein Vollmaterial. Herkömmliche Produktionsmethoden wie Gießen und Fräsen sind nicht gut geeignet, um diese komplizierten Gitter herzustellen. Die Teile können die Formen nicht sauber verlassen und die Fräskosten steigen in die Höhe, wenn Sie Material aus mehreren Richtungen entfernen.

A part design made up of lattices of various sizes.
Die Gitterstrukturen in diesem Design sparen Material und Gewicht, wären aber mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht wirtschaftlich zu produzieren.

Bei der additiven Fertigung hingegen gibt es diese Grenzen nicht. Es gibt keine Formen oder Bedenken, dass Schneidwerkzeuge in winzige Ritzen reichen. Sie müssen sich also keine Gedanken darüber machen, wie die Maschine jeden Strahl, jeden Knoten und jede Zelle handhaben wird.

Additive Fertigung funktioniert auch gut mit künstlicher Intelligenz. Generatives Design zum Beispiel ist eine KI-Technologie, die auf Basis der von Ihnen angegebenen Anforderungen Designs vorschlägt. Oftmals unkonventionell im Aussehen, kann die additive Fertigung selbst die organischsten KI-Formen problemlos verarbeiten.

A part design using artificial intelligence, specifically generative design.
Ein für die additive Fertigung entworfenes Teil. Während generatives Design mit traditionellen Fertigungsmethoden funktionieren kann, bietet die additive Fertigung oft die größte Designflexibilität.

Die verfügbaren Materialien scheinen unendlich zu sein

Bis vor kurzem wurden für AM-Materialien eher Kunststoffe verwendet, aber das ändert sich schnell. "Die Zahl der Materialien, die in der additiven Fertigung verarbeitet werden können, wächst ständig", sagen die Wirtschaftsanalysten von McKinsey. "Eine breite Palette neuer Kunststoffe wurde entwickelt, zusammen mit Verfahren und Maschinen für den Druck mit Keramik, Glas, Papier, Holz, Zement, Graphen und sogar lebenden Zellen." Auch Dutzende von Metallen sind in letzter Zeit verfügbar geworden.

In der Zwischenzeit entwickeln Forscher an Hochschulen wie dem MIT oder der Washington State University neue Wege, um Materialien in einem einzigen Bauteil zu mischen und so Objekte mit Eigenschaften zu schaffen, die mit einer einzelnen Substanz nicht möglich sind. Da immer mehr und vielfältigere Materialien auftauchen, verspricht die additive Fertigung in naher Zukunft noch wichtiger für die Produktentwicklung zu werden.

Wird die additive Fertigung skalieren?

Wie bereits erwähnt, bevorzugen Unternehmen oft die additive Fertigung für das Prototyping und die Kleinserienfertigung. Senden Sie einfach das 3D-CAD-Modell an eine Maschine, und ein paar Stunden später halten Sie das physische Teil in der Hand.

Natürlich ist "ein paar Stunden später" nicht akzeptabel, wenn Sie Aufträge für Hunderttausende von Einheiten haben, die in ein paar Wochen anstehen. Deshalb haben die meisten Unternehmen AM für die Massenproduktion nicht ernsthaft in Betracht gezogen. Das ändert sich jedoch schnell. Die Anbieter holen auf und bieten jedes Jahr schnellere und effizientere Methoden zur Herstellung von Teilen an.

Tatsächlich setzen einige Unternehmen AM bereits erfolgreich en masse ein. Chanel zum Beispiel sagt, dass es bald eine Million Mascarabürsten pro Monat mit AM produzieren wird. Der deutsche Autohersteller BMW druckt jetzt wesentliche Teile für seinen Roadster i8 in 3D. Und Adidas produziert seine Futurecraft 4D-Sneaker-Zwischensohle per 3D-Druck in Massenproduktion.

Additive Fertigung beflügelt die Innovation

Warum ist die additive Fertigung wichtig? Sie zwingt Konstrukteure dazu, Probleme auf neue Weise anzugehen. Die Ingenieure sind nicht mehr durch die alten Regeln für Fertigung und Materialien eingeschränkt, sondern können nun ihre eigene Vorstellungskraft nutzen, um neue Lösungen zu finden. Das führt zu wettbewerbsfähigeren Designs, einer neuartigen Verwendung von Materialien und insgesamt zu besseren Innovationen. Erfahren Sie hier, wie PTC-Lösungen Sie auf Ihrem Weg zur additiven Fertigung unterstützen können.

 

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Der Autor

Cat McClintock

Cat McClintock edits the Creo and Mathcad blogs for PTC.  She has been a writer and editor for 15+ years,  working for CAD, PDM, ERP, and CRM software companies. Prior to that, she edited science journals for an academic publisher and aligned optical assemblies for a medical device manufacturer. She holds degrees in Technical Journalism, Classics, and Electro-Optics. She loves talking to PTC customers and learning about the interesting work they're doing and the innovative ways they use the software.