Additive Manufacturing

Additive Manufacturing – auch als Additive Fertigung bezeichnet und als 3D Druck bekannt – hat die Industrie weltweit verändert. Dieses Verfahren kommt ohne hohe Produktionskosten aus, benötigt keine langen Vorlaufzeiten und bietet zudem eine nahezu grenzenlose Konstruktionsfreiheit. Dank dieser vorteilhaften Eigenschaften bzw. Aspekte bietet das Additive Manufacturing Unternehmen auf der ganzen Welt regelrecht bahnbrechende Möglichkeiten. Ob Herzklappen aus Polyamid, Schädelplatten aus Titan oder zum Beispiel auch Prothesen aus Maisstärke – mit der additiven 3D Drucktechnik greifen Sie auf ein Verfahren zurück, das grundsätzlich vielfältig genutzt werden kann.

Dabei kommt dem Additive Manufacturing mittlerweile ein stetig wachsender Stellenwert zu. So übt die additive Fertigung einen immer stärkeren Einfluss auf Arbeits- und Geschäftsprozesse aus. Nicht umsonst gilt das Fertigungsverfahren als eine der entscheidendsten Schlüsseltechnologien im Sinne von Industrie 4.0 und der digitalisierten Produktion. In der Praxis verändert respektive optimiert Additive Manufacturing bereits bestehende Wertschöpfungsketten und bringt gleichzeitig neue Geschäftsmodelle hervor. Allerdings sollten Sie den 3D Druck nicht lediglich als Ersatzlösung für die klassische Produktion begreifen. Denn der 3D Druck bzw. das Additive Manufacturing bereichert vielmehr bewährte Prozessketten und Ablaufstrukturen. Dabei steht die intelligente Kombination von Fertigungsverfahren und die entsprechende Integration der genutzten Verfahren in die unternehmensspezifischen Wertschöpfungsketten im Fokus.

Gerade der 3D Druck erweist sich diesbezüglich als ein sowohl anpassbares als auch ein flexibles Verfahren, dass das Produzieren von individuelleren und spezifischeren Produkten in bislang ungekannter Fülle und Vielfalt ermöglicht. Alleine schon im Hinblick auf die Formgebung sind Ihnen als Nutzer der additiven Fertigung nunmehr kaum noch Grenzen gesetzt. Dies erlaubt Ihnen die Realisierung ganz neuer Lösungsoptionen explizit in Bezug auf immer komplexere und leichtere Designs. Aber auch in funktioneller Hinsicht ergeben sich durch Additive Manufacturing neue Möglichkeiten, die es erlauben, ein zielgruppenspezifisches und exakt auf den Bedarf ausgerichtetes Produkt zu entwerfen und letztendlich auch zu realisieren. Nicht umsonst wird die Additive Fertigung als disruptive Technologie und als Innovationstreiber gerühmt.

Grundsätzlich ist unter dem Begriff Additive Fertigung zum einen die Anwendung von Technologien respektive Verfahren für die Serienfertigung zu verstehen; zuvor waren diese im Segment Rapid Prototyping beheimatet. Der 3D Druck bzw. die additiven Fertigungsverfahren eröffnen hier ganz neue technische sowie auch wirtschaftliche Möglichkeiten. Zum anderen aber steht Additive Manufacturing für genau die generativen Herstellungsverfahren, bei denen das jeweilige Werkstück durch einen schichtweisen Aufbau des Werkstoffes entsteht. Dabei stellt der 3D Druck als Verfahren das genaue Gegenteil von subtraktiven bzw. herkömmlichen Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel Bohren, Fräsen und Drehen, dar.

Denn bei diesen Verfahrenstechniken wird das Material abgetragen und nicht aufgebaut. Dass selbst bei äußerst komplexen geometrischen Abbildungen bzw. Strukturen keine Werkzeuge zur Fertigung der Bauteile benötigt werden, stellt dabei eines der herausragenden Merkmale von Additive Manufacturing dar. Viele der herkömmlichen Fertigungsverfahren können derartige geometrisch anspruchsvolle Gebilde überhaupt nicht realisieren. Und wenn doch, dann ist der gesamte Fertigungsprozess ungemein aufwändig und in keiner Form wirtschaftlich.

Die Gesamtheit der Herstellungsverfahren lassen sich in drei unterschiedliche Klassen unterteilen: formativ, subtraktive oder eben additiv. Während bei formativen Verfahren (Beispiel: Schmieden) sowie auch bei subtraktiven Verfahren (Beispiel: Fräsen, Drehen, Bohren) das Abtragen von Material im Fokus stehen, wird beim Additive Manufacturing das jeweilige Bauteil im Schichtbauverfahren erstellt. Der Begriff Additive Fertigung wird in der Praxis häufig durch die Begriffe Generative Fertigung oder etwa auch Rapid Technology ersetzt. Zudem unterscheidet sich die Terminologie zusätzlich durch die jeweiligen Verfahrensziele. Sollen etwa Werkzeuge via additivem Fertigungsverfahren hergestellt werden, ist vom Rapid Tooling die Rede; steht stattdessen die Anfertigung von Prototypen im Fokus, fällt dies in den Bereich Rapid Prototyping.

Additive Manufacturing bzw. die additive Fertigung definiert sich dabei über eine fest verankerte Struktur. Folgendes Verfahren-Schemata ist typisch für diese Herstellungsart:

• Das zu erstellende Bauteil wird in einer CAD-Software generiert und anschließend im STL-Format gespeichert. Das Kürzel STL steht dabei für das Standarddatenformat Surface Tesselation Language. Der Fertigungsprozess des Additive Manufacturing startet dabei grundsätzlich auf Grundlage eines virtuellen dreidimensionalen CAD-Datensatzes, der das jeweils anzufertigende Bauteil wiedergibt. Im Rahmen der so bezeichneten Engineeringphase wird der vorliegende Datensatz üblicherweise mittels 3D-CAD Konstruktionen – vorzugsweise durch Scannen oder auch durch bildgebende Verfahren wie zum Beispiel die Computer-Tomografie (CT-Scanning) – erzeugt.
• Anschließend kommt eine weitere Software zum Einsatz, mittels der das virtuelle Modell in einzelne Schichten explizit unterteilt wird. Als Resultat dieser schichtweisen Unterteilung steht Ihnen dann ein CAD-Modell zur Verfügung, das jetzt klar die einzelnen Druckschichten definiert bzw. festgelegt hat. Die jeweiligen Schichten sind dabei keiner besonderen Größe unterworfen. So können die Schichten sowohl allesamt mit der gleichen Dicke als aber auch mit unterschiedlich starken Druckschichten aufwarten. Der Datensatz setzt sich dann letztendlich aus den jeweiligen Konturdaten (x-y), der festgelegten Schichtdicke (dz) sowie der Schichtennummer (wird auch als Z-Koordinate bezeichnet) jeder Schicht.
• Liegt das CAD-Modell vor, kann der eigentliche Bauvorgang, also die physische Herstellung des Bauteils bzw. des Objekts beginnen. Die einzelnen, zuvor festgelegten und generierten Schichten werden jetzt nacheinander aufgebaut.
• In einigen Fällen muss zusätzlich zu dem gewünschten Werkstück zeitgleich auch entsprechendes Stützmaterial generiert werden. Dieses Stützmaterial soll überhängende oder abstehende Teile stabilisieren.
• Ist der Bauvorgang letztendlich abgeschlossen und das genutzte Stützmaterial entfernt worden, halten Sie ein physisches Modell in der Hand, das identisch mit dem virtuell erstellten Modell ist.

Beim Additive Manufacturing können vergleichsweise viele Materialien verwendet werden. Diesbezüglich lassen sich die einzelnen Materialien nach der Form ihres Aggregatszustandes einteilen. Hierbei stehen mit den Gruppen Draht, Folie, Pulver, Paste und Flüssigkeit fünf Klassifizierungen zur Verfügung. Innerhalb der Klassenzugehörigkeit verbergen sich weit über 30 verschiedene Materialien, die Sie je nach Verfahrensweg zur Fertigung von Prototypen oder Bauteilen nutzen können. Bei dieser Fülle an Möglichkeiten kann für jeden Anwendungsfall eine individuelle Lösung gefunden und durch die Kombination aus Material, Technologie und Nachbearbeitung ein exaktes Bauteil bzw. Modell gefertigt werden.

Additive Manufacturing mit drahtförmigem Ausgangsmaterial

Wenn Sie drahtförmiges Ausgangsmaterial zu Grunde legen, ist die entsprechende Werkstoffauswahl theoretisch lediglich durch die Temperatur limitiert bzw. begrenzt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Düse eines 3D Druckers aufgrund einer zu großen Hitzeeinwirkung nicht schmilzt oder sich das von Ihnen verwendete Material zersetzt. Aufgrund dieser Voraussetzungen bzw. Prämissen stehen für diese Fertigungsprozesse vor allem Kunststoffe oder Lebensmittel, wie etwa Schokolade, sowie Metalle zur Verfügung. Die verwendeten Materialien werden im Rahmen des Herstellungsprozesses geschmolzen und mittels einer Düse aufgetragen, bevor sie anschließend erstarren. Fertigungsverfahren, die mit drahtförmigem Außenmaterial arbeiten, sind zum Beispiel Fused Deposition Modeling (FDM) oder auch Cladding.

Additive Manufacturing mit pulverbasierten Materialien

Die größtmögliche Bandbreite an Materialien liefern aber pulverbasierte Verfahren. Zudem liegen hier kaum Begrenzungen vor. Gerade für das Schmelzen und Sintern, bei denen das verwendete Material erst aufgeschmolzen wird und dann im nächsten Arbeitsschritt erstarrt, gibt es nur die Prämisse, dass die verwendeten Materialien stets thermoplastisch reagieren müssen. Pulverbasierte Verfahren nutzen vor allem Kunststoffe, Metalle oder auch Keramiken als Ausgangsmaterialien. Bevorzugt eingesetzt werden Materialien dieser Art bei Verfahren wie zum Beispiel dem Selektiven Lasersintern (SLS) oder auch das Selektive Lasermelting (SLM). Um die zu Pulver geschmolzenen Materialien für den 3D Druck zu binden, können alle erdenklichen Pulverbindermischungen verwendet werden.

Additive Fertigung mit Folien

Auch Folien werden gerne als Material genutzt. Ähnlich wie bei den Pulvern sind auch bei dieser Materialkategorie die Werkstoffoptionen quasi nicht limitiert. Dies liegt in erster Linie daran, dass prinzipiell sämtliche Materialien auf entsprechenden Folien transportiert und im Laufe des Fertigungsverfahrens auch von einem Laser gezielt geschnitten werden können. Auch bei diesem Verfahren kommen hauptsächlich Metalle, Kunststoffe sowie Keramiken zum Einsatz. Im Zuge des so bezeichneten Laminat-Schicht-Verfahrens werden dann zum Beispiel sämtliche oder auch nur einzelne Folien exakt aufeinander geklebt, bevor der Laser eines 3D Druckers entlang der Konturen schneidet. Mit Folien arbeiten vorzugsweise das Film Transfer Imaging (FTI) oder das Laminated Object Modelling (LOM).

Additive Fertigung mit Schäumen und Pasten

Es ist auch möglich, Materialien in Form von Schäumen oder Pasten additiv zu verarbeiten. Diese werden oftmals aufgetragen und anschließend getrocknet. Gerade beim Contour Crafting – im Rahmen der Extrusionsverfahren – mit Polymer-Beton oder auch beim Einsatz von Photopolymere ist eine solche Vorgehensweise üblich. Mittlerweile ist auch die Additive Fertigung von Pasten mit zwei Komponenten möglich; die Fluide werden dabei via Extruder schichtweise aufgebaut.

Additive Fertigung mit Flüssigkeiten

Neben photosensiblen Pasten sind auch Flüssigkeiten für den Einsatz in additiven Fertigungsprozessen prädestiniert. Beide Varianten lassen sich dabei schnell und einfach durch eine entsprechende Polymerisation verhärten. Im Hinblick auf Flüssigkeiten ist das Verfahren daher dann auch auf Kunststoffe, die ein Photopolymer enthalten, beschränkt. Allerdings können Sie hier auch gefüllte Werkstoffe verwenden. Tritt dieser Fall ein, fungiert das Polymer dann lediglich als Trägermedium, dass hinterher in einem Ofen oder einem Wärmeschrank ausgerieben wird. Somit verbleibt dann der jeweilige Füllwerkstoff als fertiges Objekt. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass Sie mit Hilfe eben von expliziten Füllstoffen eine eminente Vielzahl von Stoffen bzw. Materialien nutzen können. Beispiele für die diesbezüglich passenden Verfahren sind zum Beispiel die Stereolithographie (SL), Poly Jet sowie Multi-Jet Modeling.

Sie können grundsätzlich auf eine Vielzahl an additiven Technologien unterschiedlicher Art zurückgreifen. Dabei werden – je nach Branche – einzelne Begriffe oftmals synonym verwendet. So sind etwa die Begriffe additive Manufacturing/Additive Fertigung und Rapid Prototyping von der Bedeutung her identisch. Generell wird aber bei allen Verfahrenswegen das jeweilige Material additiv hinzugefügt. Das Material – beispielsweise Metalle, Kunststoffe oder Polymergips – wird dann immer im Rahmen eines detaillierten Schichtaufbaus Schicht um Schicht aufgetragen und anschließend miteinander verbunden. Im Folgenden stellen wir Ihnen die gängigsten Verfahren rund um Additive Manufacturing vor.

Selektives Lasersintern

Beim Lasersintern erfolgt die Fertigung von 3D Modellen via Laserstrahl. Das Ausgangsmaterial muss in Pulverform vorliegen. Der Laser verschmilzt dann die Partikel des Pulvers; auf diese Weise wird das Pulver schichtweise miteinander verbunden. So entstehen dann aus dem pulverförmigen Ausgangsstoff räumliche Strukturen. Dabei können Sie verschiedenartige pulverförmige Ausgangsstoffe nutzen, denn das Selektive Lasersintern verschmilzt selektiv Pulvermaterial wie beispielsweise Polyamide, Nylon oder Alumide.

Selektives Lasermelting

Dieses Verfahren lässt sich ausschließlich mit Metallen als Ausgangsmaterial anwenden.Ob Titan, Edelstahl, Aluminium oder etwa Werkzeugstahl – mit diesem Verfahren wird die gesamte Bandbreite an Metallen abgebildet. Analog zum 3D Druck werden auch beim selektiven Lasermelting Schicht für Schicht, also im Schichtbauverfahren aufgebaut. Um ein entsprechendes Bauteil mit dem SLM-Verfahren zu kreieren, dient als Vorlage ein dreidimensionales CAD-Modell.

Stereolithographie

Hier wird das Werkstück in ein Photopolymer-Flüssigkeitsbad eingelegt. Im Verfahrensverlauf wird das Werkstück dann schrittweise immer tiefer in das Flüssigkeitsbad abgesenkt. Die gewünschte Form wird dann mittels eines Lasers erstellt, der Schritt für Schritt über das jeweilige Ausgangsmaterial geführt wird. Die Stereolithographie an sich ist das 3D Druckverfahren, das am längsten genutzt wird. Es wurde erstmals im Jahr 1983 von dem US-amerikanischen Ingenieur und Erfinder Chuck Hull verwendet. Das Verfahren gilt als äußerst präzise und steht für glatte Oberflächen und filigrane Strukturen. Als Grundlage dient immer ein dreidimensionales CAD-Modell.

3D Printing

Bei diesem Verfahren wird das gewünschte 3D Modell anhand eines gipsartigen Pulvers hergestellt. Dieses Pulver wird in einer dünnen Schicht aufgetragen und mit Binder angereichert, so dass die einzelnen Schichten aufeinander haften. Auf diesem Wege können bis zu tausend Schichten verarbeitet werden. Als Voraussetzung für das 3D Printing benötigen Sie eine optimale Datenaufbereitung rund um die 3D Digitalisierung des Datenmaterials. Die entsprechende Grafik wird dabei in viele Teilaufnahmen unterteilt bzw. geschnitten. Dadurch können selbst die filigransten Stellen des Objekts exakt ausgemessen werden, so dass Sie ein wirklich maßstabgetreues, umweltresistentes und robustes Modell erhalten.

Fused Deposition Modeling

Beim Fused Deposition Modeling handelt es sich um ein Additive Manufacturing Verfahren, das auch als Schmelzschichtungsverfahren bekannt ist. Als Ausgangsmaterial dient ein schmelzfähiger Kunststoff, aus dem schichtweise das jeweilige 3D Objekt gefertigt wird. Zumeist kommen dabei Kunststoffe wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) zum Einsatz, da Kunststoffe dieser Art für extrem hohe Beanspruchungen prädestiniert sind. Unterschieden werden müssen dabei unterschiedliche Toleranzoptionen. So steht beispielsweise die Allgemeintoleranz nach DIN ISO 2768-1 für eine sehr grobe Beschaffenheit.

Polygrafie

Bei der auch als Inkjet- oder Polyjet-Verfahren bezeichneten Methode wird schichtweise ein Photopolymer aufgebracht, das schließlich mit Hilfe von UV-Licht ausgehärtet wird. Es steht ein großes Spektrum an nutzbaren Materialien zur Verfügung. Verwendet werden können zum Beispiel gummiartige oder transparente Werkstoffe sowie auch ABS-ähnliche Werkstoffe. Nach der Fertigstellung der gewünschten Bauteile können Sie diese anschließend noch bedarfsgerecht schleifen, schneiden oder auch lackieren.

Als herausragende Merkmale der additiven Fertigung gelten die werkzeuglose Herstellung, der Wegfall geometrischer Restriktionen (hier: Hinterschnitte etc.), funktionelle Optimierungen (zum Beispiel in Form von Leichtbaukonstruktionen), die Integration von Funktionen während des Fertigungsprozesses und die Möglichkeit der Teilzusammenfassung, die zur Reduktion der Montagekomplexität beiträgt. Diese Merkmale sind dabei branchenübergreifend positiv zu bewerten, so dass Gemeinsamkeiten im Hinblick auf das Anforderungs- und Nutzungsprofil entstehen. Im Wesentlichen wird Additive Manufacturing daher branchenübergreifend für folgende Einsatzoptionen bzw. -gebieten genutzt:

• Herstellung von Einzelstücken, Pilotserien, Kleinserien und Ersatzteilen.
• Realisierung von komplexen Geometrien, Leichtbaukonzepten und individuell angepassten Produkten.
• Generelle Verkürzung der Entwicklungszeiten.
• Herstellung von Werkzeugen und Hilfsmitteln.

Typische additiv konzeptionierte und realisierte Lösungen sind zum Beispiel strömungsoptimierte Fluidkanäle, die zwecks Kühlung direkt in das jeweilige Bauteil integriert werden. Auch bei der Integration von komplexen Einzelbauteilen, die den Einsatz von zusätzlichen Schweiß- oder Schraubverbindungen überflüssig machen, stellt Additive Manufacturing eine erstklassige Lösung dar. Zudem kann das volle Leichtbaupotenzial durch FEM-Simulationen in Kombination mit der weitgehenden Geometriefreiheit explizit für die Fertigung von zum Beispiel Produkten mit variablen Trägerabständen, unterschiedlichen Trägerquerschnitten und verschiedenen Trägerdurchmessern genutzt werden. Die Herstellung solcher Bauteile bzw. Produkte im Rahmen der additiven Fertigung kann dabei grundsätzlich ohne Mehraufwand realisiert werden.

Die Luftfahrt gilt dabei als der Vorreiter im Hinblick auf die Nutzung des 3D Drucks im Rahmen von Additive Manufacturing. Aber auch die Automobilindustrie, die Bauindustrie, der Maschinen- und Anlagenbau sowie die Medizintechnik implementieren das Fertigungsverfahren immer gezielter und häufiger in ihre Prozessketten. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Auflistung expliziter Anwendungs- bzw. Einsatzgebiete.

Luft- und Raumfahrt

Die additive Fertigung sorgt explizit in diesem Bereich für Einsparungen bzw. Kostenvorteile durch neue Möglichkeiten rund um die Konstruktion. Gerade bei Fluggeräten sind Gewichtseinsparungen eminent wichtig. Denn durch die Leichtbauweise können erhebliche Einsparungen – zum Beispiel durch einen verringerten Treibstoffverbrauch – bei den allgemeinen Betriebskosten erzielt werden. Da die Unternehmen in diesem Fall typischerweise immer die Gesamtbetriebskosten (hier: Total Cost of Ownership) betrachten, werden in der Regel höhere Anschaffungskosten akzeptiert, sofern im Endeffekt nachweislich die Betriebskosten gesenkt werden. Additiv hergestellte und auf Leichtbau optimierte Konstruktionen sind in der Regel dabei zwar nicht hinsichtlich der Konstruktions- oder Herstellerkosten günstiger als konventionell gefertigte Lösungen, jedoch ermöglichen sie eben Treibstoffeinsparungen. Diese bringen nicht nur generelle Kostenvorteile, sondern reduzieren auch mitunter deutlich den Ressourcenverbrauch.

Werkzeug- und Formeinbau

In diesem Segment werden vorzugsweise Einzelstücke oder Kleinserien produziert. Durch den Umstand, dass additiv gefertigte Bauteile weitaus schneller zur Verfügung stehen, können auch die Endprodukte im Vergleich zu konventionell gefertigten Produkten viel schneller auf den Markt gebracht werden. Außerdem entsteht durch die Nutzung von Additive Manufacturing die Möglichkeit, Geometrien herzustellen, die bislang praktisch nicht produziert werden konnten. Außerdem verbessert sich die grundsätzliche Performance von Werkzeugen. So können zum Beispiel Kühlkanäle integriert werden, die ein effektives und intensives Arbeiten über einen langen Zeitraum ermöglichen.

Elektro- und Elektronikindustrie

Ähnlich wie im Werkzeug- und Formeinbau ist auch in der Elektro- und Elektronikindustrie insbesondere eine unzureichende Kühlung dafür verantwortlich, dass leistungsfähigere Geräte oder kompaktere Bauformen nicht realisiert werden können. Mit additiven Fertigungstechnologien können Sie nunmehr aber individuell maßgeschneiderte Kühlsysteme in Geräte oder Bauteilen integrieren, die Wärme genau dort aufnehmen, wo sie auch entsteht. Durch den Ansatz, lediglich explizit die Komponenten additiv herzustellen, bei denen dieser Verfahrensweg seine Vorteile voll ausspielen kann, steigern Sie zum einen die Produktivität und senken zum anderen die Kosten.

Automobilindustrie

Bereits seit Jahren ist die Anwendung von Additive Manufacturing im Automobilbau im Rahmen des Prototypings weit verbreitet. In letzter Zeit gewinnt diese Verfahrenstechnik aber auch im Motorsport oder bei Konzeptfahrzeugen immer mehr an Bedeutung. Als verfahrenstechnischer Vorteil steht dabei insbesondere die hohe geometrische Freiheit im Fokus. Diese erlaubt es Ihnen, eine nahezu restriktionslose Optimierung von entsprechenden Bauteilen – zum Beispiel im Hinblick auf die Strömungsführung oder auf das Gewicht – vorzunehmen.

Gießereitechnik

In der Gießereitechnik hat sich Additive Manufacturing schon länger als Verfahrensweg etabliert. Im Fokus steht dabei vor allem die Fertigung von Sandkernen und -formen für den Sandguss sowie von den für Feinguss vorgesehene Modelle. Im Rahmen der konventionellen Fertigung müssen die jeweiligen Konstruktionen den entsprechenden Anforderungen des so bezeichneten Abformprozesses genügen. Es müssen zum Beispiel Ausformschrägen angebracht werden. Die Kerne müssen sich zudem direkt in einem Kernkasten produzieren und auch wieder aus ihm entformen lassen. Dies führt in der Praxis schnell zu unerwünschten Einschränkungen. Der 3D Druck von Gießwerkzeugen stellt in Anbetracht von dünnen Wandstärken, engen Toleranzen und extrem komplexen Geometrien eine explizit wirtschaftliche Lösung dar. Prädestiniert ist eine solche additive Lösung für die Fertigung von Jahresstückzahlen bis etwa 10.000 Artikeln.

Automatisierungstechnik sowie Maschinen- und Anlagenbau

Eine Additive Fertigung lässt sich aus ähnlichen Beweggründen wie im Form- und Anlagenbau auch in der Automatisierungstechnik sowie dem Maschinen- und Anlagenbau effektiv einsetzen. So beschleunigen auch hier die lediglich kurzen Wartezeiten zwischen Anfertigung der Konstruktion und dem letztendlichen Vorliegen des tatsächlichen bzw. realen Bauteils die Projektlaufzeiten.

Montagetechnik

Additive Manufacturing ermöglicht die kurzfristige Fertigung von Einzelstücken, wie zum Beispiel Schablonen, die ein wichtiges Hilfsmittel in der Montagetechnik darstellen. Diese Einzelstücke lassen sich dabei direkt und ohne Planungszeit aus den ohnehin bereits vorliegenden CAD-Daten binnen kürzester Zeit erstellen.

Medizinische Anwendungen und Dentaltechnik

Im Rahmen der Medizintechnik können Sie via additiver Fertigungsprozesse individuell auf den jeweiligen Patienten abgestimmte Produkte – wie zum Beispiel Schädelplatten aus Titan – anfertigen. Somit fördert die Additive Fertigung nachhaltig den Behandlungserfolg. Auch in der Dentaltechnik werden additive Fertigungsverfahren bereits seit Jahren für die Fertigung von Kronen, Brücken, Schienen, Abdrucklöffel oder zum Beispiel auch Schablonen eingesetzt. Dabei kommen vorwiegend Materialien wie Keramiken bzw. Hybridmaterialien, Polymere oder teilweise auch Gold zum Einsatz. Als Verfahrenstechniken finden vielfach der Laser-Strahlschmelz, Digital Light Processing (DLP) sowie auch der 3D Druck Anwendung.

Prothetik

Additive Fertigungsverfahren werden im Bereich der Prothetik vorwiegend auf Basis von patientenspezifischen Daten (hier: 3D MRT oder 3D CT) angewendet. Auf diese Weise lassen sich individuell angepasste Prothesen erstellen. Zudem generiert die Additive Fertigung im Rahmen der Prothetik einen Zusatznutzen. So kann die Oberfläche der Prothese an der Schnittstelle zwischen Knochen und Prothese offenporig gefertigt werden. Dies ermöglicht es, dass die Prothese mit dem Gewebe verwachsen kann. Dadurch entsteht eine dauerhafte und nur wenig beeinträchtige Verbindung zwischen der Prothese und dem Knochen.

Additive Manufacturing bietet zweifelsohne zahlreiche Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil dieses Fertigungsverfahren ist dabei der Zeitgewinn. So gelangen Sie mit der Additiven Fertigung sehr schnell und zudem vergleichsweise einfach von der Konzeption bzw. Konstruktion zum Prototypenbau, da die Fertigung immer unmittelbar auf Grundlage der digitalen 3D-Daten erfolgt. Dadurch können Sie als Anwender stets zeitnah seriennahe Tests durchführen und die jeweiligen Prototypen anhand der Testergebnisse immer weiter optimieren. Dieser iterative Prozess ist bei herkömmlichen Verfahren in Form von linearen Produktentwicklungsmodellen nicht möglich. Trotzdem kommt es aber auch im Rahmen von konventionellen Fertigungsverfahren zu so bezeichneten Iterationsschleifen. Diese entstehen in diesem Fall zum Beispiel aufgrund von Komplikationen und Fehlentwicklungen; in der Regel führen sie dann auch zu erhöhten Entwicklungskosten.

Demgegenüber werden beim additiven Fertigungsverfahren sämtliche Bauteile auf der Basis virtueller Modelle erstellt. Zum einen verschafft Ihnen dies eine exzellente Möglichkeit, virtuelle Belastungstests schnell und einfach durchzuführen. Zum anderen versetzt Sie die direkte Produktion in die Lage, Prototypen mit identischen Materialeigenschaften, wie sie das Endprodukt aufweist, anzufertigen. Dieser spezifische Konstruktionsprozess eröffnet Ihnen die Möglichkeit, zu jedem Zeitpunkt alle Funktionen bzw. die gesamte Funktionalität des Bauteils sowohl real als auch virtuell auf Schwachstellen oder Mängel zu überprüfen. Veränderungen dieser Art sind in der Produktentwicklungsphase weitaus einfach auszuführen. Bei herkömmlich hergestellten Produkten ist ein solcher Eingriff während der Produktionsphase nicht oder nur mit einem erheblichen finanziellen Aufwand realisierbar. Setzen Sie stattdessen auf die additiven Fertigungsverfahren, sind derartige Änderungen während des Fertigungsprozesses nur mit geringen Mehrkosten realisierbar.

Additive Fertigung – die wesentlichen Vorteile auf einen Blick

Überall dort, wo die herkömmlichen Fertigungsverfahren an Grenzen stoßen, spielt das Additive Manufacturing deutlich seine Stärken aus. Auf den Punkt gebracht, ermöglicht der 3D Druck respektive das Additive Fertigungsverfahren einen sowohl designorientierten als auch funktionalorientierten Fertigungsprozess, wobei die jeweiligen Bauteile auch selbst in der bereits laufenden Serienproduktion noch individuell angepasst werden können. Zusammengefasst generiert Additive Manufacturing im Wesentlichen folgende Vorteile und Vorzüge:

• für den Anwender besteht eine umfassende Design- und Konstruktionsfreiheit.
• Es gibt keine Limitierungen: Eine Skalierung von Losgröße 1 bis hin zur kompletten Serie ist möglich.
• Sie können sowohl Leichtbaustrukturen als auch komplexe Konstruktionen erstellen.
• Das Verfahren sorgt in der Produktentwicklung für eine Verkürzung der Iterationszyklen.
• Die Fertigung ist flexibel und verfügt über ein hohes Maß an mobilen Nutzungsmöglichkeiten. So kann die Produktherstellung direkt vor Ort erfolgen, auf Abruf schnell angefertigt werden und immer exakt auf den Bedarf abgestimmt werden.
• Die Herstellung der 3D Druckerzeugnisse erfolgt grundsätzlich werkzeuglos.
• Der Aufbau der einzelnen Schichten kann direkt aus dem jeweiligen CAD-Modell erfolgen.