Vor- und Nachteile dieses Verfahrens
Die additive Fertigung ist ein vergleichsweise junges Konzept. Sie umfasst die verschiedenen Produktionsverfahren, mit denen feste, dreidimensionale Objekte auf Basis zuvor erstellter digitaler Konstruktionen hergestellt werden. Dazu gehören zum Beispiel die immer gefragteren 3D-Drucker.
Die additive Fertigung beruht auf dem Rapid Prototyping, das heißt auf dem schichtweisen Aufbau eines Werkstoffs. Damit lässt sich das gewünschte Teil aus einem bestimmten Material herstellen, sei es Kunststoff, Metall, Beton oder sogar essbare Stoffe. Ein Vorteil des 3D-Drucks ist die nahezu unbegrenzte Vielfalt an Möglichkeiten, die die bisherigen Grenzen der industriellen Fertigung weit hinter sich lässt.
Manche Experten sprechen sogar von einer vierten industriellen Revolution, von der ganz unterschiedliche Wirtschaftszweige profitieren könnten. Zwar ist ihr Marktanteil noch gering, doch die Wachstumsprognosen sind praktisch unbezifferbar.
Zu den möglichen Anwendungen der additiven Fertigung zählen Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, die Verteidigungsindustrie und die Automobilindustrie. Auch Komponenten für den medizinischen Bereich und verschiedene Konsumgüter wie Instrumente oder elektronische Geräte lassen sich herstellen. Die Freiheit bei Konstruktion und Produktion ist sehr groß, und es ist absehbar, dass das Verfahren künftig in vielen weiteren Branchen zum Einsatz kommt.
Im Folgenden erfahren Sie mehr über die Vorteile und Nachteile der additiven Fertigung sowie über die verschiedenen 3D-Fertigungsverfahren.
Vorteile der additiven Fertigung, die neue industrielle Revolution
Die additive Fertigung bringt eine Reihe von Produktionsvorteilen mit sich. Eine industrielle Revolution gibt es nur, wenn mehrere Faktoren den Produktionsprozess deutlich einfacher und vor allem günstiger machen.
Beim 3D-Druck sind es gleich mehrere, und sie passen zu den wirtschaftlichen, energetischen und ökologischen Herausforderungen der heutigen Welt. Besonders hervorzuheben sind die folgenden:
Schnellere Produktion
Einer der entscheidenden Faktoren für eine industrielle Revolution ist die Geschwindigkeit, mit der ein Produkt hergestellt werden kann. Das hat sich bereits mit der Automatisierung der Fabrikproduktion gezeigt. Die additive Fertigung geht noch einen Schritt weiter, denn sie kann die Zeit bis zum fertigen Produkt um bis zu 90 % verkürzen.
Bei einem schnelleren Produktionsprozess sinken die Kosten pro gefertigtem Teil. Auch die für den 3D-Druck vorgesehenen Materialien sind in der Regel günstiger.
Geringere Kosten
Mit den additiven Fertigungstechnologien wird der Produktionsprozess wesentlich stärker digitalisiert, was die Logistikkosten senkt. Zusammen mit der schnelleren Herstellung müssen keine großen Materialvorräte mehr vorgehalten werden. Auch die Nachfrage nach einem bestimmten Teil oder Produkt lässt sich sofort bedienen. Ein Unternehmen, das diese Fertigungsart einsetzt, braucht keine großen Lagerflächen mehr, was erhebliche Kosteneinsparungen bedeutet.
Energieeinsparung
Die Maschinen für die 3D-Fertigung verbrauchen weniger Energie. Die gefertigten Teile haben eine geringere Masse, sodass ihre Herstellung energetisch einfacher und günstiger ist. 3D-Drucker benötigen nicht die Energie, die manche schweren Industriemaschinen verbrauchen.
Nachhaltigkeit
Einer der Vorteile der additiven Fertigung ist, dass ihr Einsatz die nachhaltige Entwicklung fördert, die der Planet im Kampf gegen den Klimawandel braucht. Der Energieverbrauch sinkt, ebenso die Transportkosten, da der Rohstoff weniger Platz einnimmt. Außerdem ermöglichen einige spezielle 3D-Fertigungstechnologien das Recycling und die Wiederverwendung der Ausgangswerkstoffe, sodass das Material optimal genutzt wird und nur ein Minimum an Abfall entsteht.
Arten der additiven Fertigung
Es gibt verschiedene additive Fertigungsverfahren, die kontinuierlich verbessert und weiterentwickelt wurden, um eine höhere Wirtschaftlichkeit in der Produktion sowie praktische Anwendungen für unterschiedliche Branchen zu bieten.
Eines der ältesten ist die Stereolithografie, bei der flüssige Harze und ultraviolette Lichtstrahlen zum Einsatz kommen.
Daneben gibt es weitere Technologien, etwa das selektive Laserschmelzen bzw. Lasersintern (SLS), das mit Metallpulvern arbeitet. Zunächst werden die Pulver aufgeschmolzen und anschließend Schicht für Schicht wieder verfestigt, bis die gewünschte Form entsteht.
Schließlich gibt es noch das Spritzgießen, besser bekannt als DLMD.
Dabei wird von einem Grundwerkstoff ausgegangen, der aufgeschmolzen wird, sowie von einem weiteren Werkstoff in Pulverform; beide werden am Ende miteinander verbunden.