Additive Fertigung vs. traditionelle Fertigung

Einführung

Additive Manufacturing (AM) oder 3D-Druck ist eine bahnbrechende Technologie, die die traditionellen Produktionsmethoden in allen Branchen revolutioniert. Ihre Fähigkeit, komplexe und kundenspezifische Objekte durch schichtweises Hinzufügen von Material zu erstellen, verändert die Art und Weise, wie wir Produkte in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Gesundheitswesen und Konsumgüter entwerfen, prototypisieren und herstellen.

In diesem Artikel werden wir die gemeinsamen Merkmale und Vorteile dieser transformativen Technologie untersuchen, indem wir sie mit traditionellen Fertigungsmethoden vergleichen. Wir hoffen, dass Sie dadurch ein besseres Verständnis erlangen und die perfekten AM-Materialien für Ihr Unternehmen oder Ihre Forschung finden können.

Was ist Additive Fertigung?

Bei der additiven Fertigung handelt es sich um eine Reihe von Technologien, mit denen dreidimensionale Objekte durch einen schichtweisen Konstruktionsprozess hergestellt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsverfahren, die subtraktive Prozesse wie Schneiden, Bohren und Bearbeiten beinhalten, ist die additive Fertigung ein Prozess, bei dem Objekte Schicht für Schicht hinzugefügt werden.

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Abbildung 1. 3D-Druck

Die typischen Schritte in einem AM-Prozess sind wie folgt:

1. Entwurf: Der erste Schritt bei AM ist die Erstellung eines digitalen 3D-Modells des Objekts mit Hilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design). Dieses digitale Modell dient als Blaupause für das physische Objekt.

2. Vorbereitung: Das digitale Modell wird für den Druck vorbereitet, indem es in dünne Querschnittsschichten zerlegt wird. Dieser Schritt bestimmt die Schichtdicke und gibt der AM-Maschine Anweisungen, wie das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut werden soll.

3. Druckprozess: Der Druckprozess beginnt, wenn die AM-Maschine damit beginnt, das Objekt Schicht für Schicht aufzubauen. Die spezifische AM-Technologie bestimmt den genauen Prozess. Beim Fused Deposition Modeling (FDM) zum Beispiel wird ein Filament aus thermoplastischem Material erhitzt und auf die Bauplattform extrudiert.

4. Nachbearbeitung: Nach Abschluss des Druckvorgangs können Nachbearbeitungsschritte erforderlich sein, um das Objekt zu verfeinern, z. B. das Entfernen von Stützstrukturen, Reinigen, Polieren und die Oberflächenbehandlung, um die gewünschten endgültigen Eigenschaften zu erzielen.

Weiterführende Lektüre: 3D-Druckpulver: Was ist es und wie wird es verwendet?

Abbildung 2. AM-Prozess

Additive Fertigung im Vergleich zur traditionellen Fertigung

Im Zuge der technologischen Entwicklung gewinnt die additive Fertigung immer mehr an Bedeutung und bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren.

• Komplexe Geometrien: AM ermöglicht die Herstellung komplexer Muster, einschließlich komplizierter innerer Strukturen und organischer Formen, die mit herkömmlichen Verfahren nur schwer oder gar nicht zu realisieren sind.
• Personalisierung: Es ermöglicht die einfache Anpassung und Personalisierung von Produkten, während herkömmliche Methoden für die Massenproduktion geeignet sind. Mit AM kann jeder Artikel auf spezifische Anforderungen zugeschnitten werden, ohne dass zusätzliche Werkzeugkosten oder Produktionsverzögerungen anfallen.
• Abfallreduzierung: Bei AM-Prozessen fällt nur minimaler Materialabfall an, da nur so viel Material hinzugefügt wird, wie für die Herstellung des Objekts erforderlich ist. Dadurch werden auch die Materialkosten und die Umweltbelastung reduziert.
• Vereinfachte Ausrüstung: Herkömmliche Fertigungsverfahren umfassen oft mehrere Schritte, für die jeweils unterschiedliche Maschinen eingesetzt werden. Bei der additiven Fertigung hingegen übernimmt ein einziges Gerät alle Aspekte der Herstellung. Bei der Metallbearbeitung wird beispielsweise oft eine Kombination aus Drehen, Fräsen und Bohren verwendet, um ein fertiges Metallteil herzustellen.
• Produktion auf Abruf: AM ermöglicht eine dezentralisierte und bedarfsorientierte Produktion, die den Bedarf an großen Lagerbeständen verringert und eine lokale Fertigung ermöglicht. Es senkt die Hürden für Unternehmertum und Produktentwicklung. Mit Hilfe von 3D-Druckern können Unternehmen ihre Produkte in einem einzigen Gerät prototypisieren und produzieren, anstatt in eine ganze Fabrik zu investieren.

Anwendungen der additiven Fertigung

Aufgrund dieser Vorteile kann die additive Fertigung in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, im Gesundheitswesen, bei Konsumgütern, in der Architektur und in anderen Bereichen. Mit den unten aufgeführten Merkmalen verändert sie die Fertigung.

Tabelle 1. Additive Fertigung im Vergleich zur traditionellen Fertigung

Fazit

Kurz gesagt, der Vergleich zwischen additiver Fertigung und traditioneller Fertigung offenbart eine dynamische Landschaft, in der beide Ansätze einzigartige Vorteile und Überlegungen bieten. Die additive Fertigung stellt mit ihren komplexen Geometrien, den Anpassungsmöglichkeiten, dem Rapid Prototyping und der Materialeffizienz einen bahnbrechenden Ansatz dar. Herkömmliche Fertigungsmethoden hingegen sind seit langem die Grundlage der Massenproduktion.

Letztendlich hängt die Entscheidung zwischen AM und traditioneller Fertigung von Faktoren wie Produktionsvolumen, Komplexität des Designs, Materialanforderungen und Zeitvorgaben ab. Der Schlüssel liegt darin, die Nuancen jedes Ansatzes zu verstehen und sich die transformative Kraft der additiven Fertigung zu eigen zu machen. Weitere Informationen zu AM-Materialien finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Referenz:

[1] Thakur, Vishal & Singh, Roopkaran & Kumar, Ranvijay & Gehlot, Anita. (2022). 4D-Druck von thermoresponsiven Materialien: ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik und künftige Anwendungen. Internationale Zeitschrift für interaktives Design und Fertigung (IJIDeM). 1-20. 10.1007/s12008-022-01018-5.