Skip to main content
main-content

27.11.2018 | Additive Fertigung | Im Fokus | Onlineartikel

3D-Druck trifft Industrie 4.0

Autor:
Dieter Beste

Mitte November spiegelte die Messe Formnext in Frankfurt die Dynamik der gegenwärtig rasanten Entwicklungssprünge im Additive Manufacturing. Im Blickpunkt: neue Konstruktionsprinzipien, neue Materialien, neue Fertigungsverfahren.


Vom 13. bis 16. November ließen sich 26.919 Fach- und Führungskräfte von den Exponaten der 632 Aussteller auf der Formnext 2018 entlang der gesamten Prozesskette des Additive Manufacturing faszinieren und anregen, so das Resümee der Messe-Veranstalter, die im November kommenden Jahres erstmals in den Hallen 11 und 12 auf dem Messegelände in Frankfurt am Main stattfinden wird. Der diesjährige Besucheransturm – er lag rund 25 Prozent über Vorjahr – macht deutlich, dass der 3D-Druck in diesen Tagen endgültig die Phase des Rapid Prototyping hinter sich gelassen hat und sich anschickt, integraler Bestandteil automatisierter Fertigungsprozesse zu werden.

Empfehlung der Redaktion

2018 | Buch

Additive Serienfertigung

Erfolgsfaktoren und Handlungsfelder für die Anwendung

Bei der additiven Fertigung wird anders als bei konventionellen Verfahren ein Bauteil nicht aus einem Block herausgefräst oder in einem Werkzeug gegossen, sondern es wird Schicht für Schicht generiert. Dieses Buch stellt eine Vielzahl …


"Die Prozesskette zur Additiven Fertigung ist stark digital ausgeprägt, Modelle werden direkt auf Basis von 3D-CAD-Datenmodellen hergestellt, und das weitere Pre-Processing besteht überwiegend ebenfalls aus digitalen Arbeitsschritten. Diese Ausprägung erfordert eine ganzheitliche Konzeption und Implementierung der Prozesskette 3D-CAD zur Additiven Fertigung", halten die Autoren von "Additive Serienfertigung" auf Seite 3 fest. In diesem Sinne stellte Materialise, ein führender Anbieter von 3D-Druck-Software und -Dienstleistungen, in Frankfurt ein Softwarepaket vor, mit dem sich nach Unternehmensangaben Produktivität und Kosteneffizienz beim 3D-Druck verbessern lassen. Demnach können etwa Stützstrukturen bei additiver Metallfertigung automatisch generiert oder die Simulation für den 3D-Druck in die Produktionsebene integriert werden.

Um die Vorteile der vernetzten Produktion auf der Formnext erlebbar zu machen, hatte der Hersteller Trumpf 3D-Drucker auf dem Messestand an ein Fertigungsmanagementsystem (MES) und eine intelligente Bestellplattform angebunden. "Trumpf ist beim Thema Industrie 4.0 Vorreiter. Wir zeigen Möglichkeiten, um auch die Prozesskette im 3D-Druck vollständig zu digitalisieren – von der Angebotserstellung bis zum gedruckten Bauteil", erklärt Tobias Baur, Hauptabteilungsleiter Technologie, die Unternehmensstrategie. Da könnten 50 Jahre Erfahrung aus dem Bereich Werkzeugmaschinen sicherlich nicht schaden, fügt Thomas Fehn hinzu, Hauptabteilungsleiter Vertrieb bei Trumpf Additive Manufacturing. Um 3D-Drucker maximal auszulasten und in Serie zu produzieren, müssten die Anlagen automatisiert sein. Genau deswegen verfüge die neue TruPrint 5000 von Trumpf über einen automatisierten Prozessstart. Dadurch reduzierten sich die händischen Tätigkeiten bei der Druckvorbereitet, und das wiederum spare Zeit und steigere die Qualität sowie die Produktivität in der additiven Fertigung.

Industrialisierung der additiven Fertigung

Eos, Technologieanbieter im industriellen 3D-Druck von Metallen und Kunststoffen, präsentierte auf der Formnext mit seiner LaserProFusion-Technologie ein innovatives Verfahren zur additiven Fertigung mit Kunststoffen: Knapp eine Million Diodenlaser schmelzen hierbei den Werkstoff auf und lassen das Bauteil entstehen. Der Bauprozess sei so produktiv, dass er nach Ansicht von Eos in vielen Anwendungen als Spritzgussersatz dienen könne.

Bei der additiven Fertigung mit Metallen konzentrieren sich die Entwickler zur Zeit auf die Optimierung der erforderlichen Druck-Parameter für die Verarbeitung von Legierungen aus Pulverrohstoffen, um reproduzierbare Eigenschaften zu erreichen, die mit ihren konventionell verarbeiteten Pendants vergleichbar oder gar besser als diese sind. Zudem, so die Springer-Autoren Taban Larimian und Tushar Borkar in "Additive Manufacturing of Emerging Materials", habe die laseradditive Fertigung das Potenzial, neuartiger Legierungen und Verbundwerkstoffe zu verarbeiten, die mit herkömmlichen Verfahren schwer zu bearbeiten seien (Seite 1).

Grüner Laser druckt Kupfer und Gold

Das Hochtechnologieunternehmen Trumpf zeigte auf der Formnext, wie die Maschine TruPrint 5000 mit einer Vorheizung von 500 Grad Bauteile aus Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil oder Titanlegierungen druckt, ohne dass diese reißen oder sich stark verziehen. Werkzeug- und Formbauer könnten nun problemlos Umformwerkzeuge, Stempel oder Matrizen drucken. "Ohne Vorheizung war das bisher nicht möglich", sagt Tobias Baur. Außerdem verarbeite das Unternehmen mit einem neuen grünen Laser mit Pulsfunktion erstmals Reinkupfer und Edelmetalle im 3D-Drucker. "Das macht den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau attraktiv, denn aus Reinkupfer lassen sich problemlos besonders leitfähige Induktoren oder Wärmetauscher drucken", sagt Baur. Ebenfalls großes Potenzial habe der grüne Laser für den Druck in Gold für die Schmuckindustrie. Herkömmliche Anlagen arbeiteten mit einem Infrarotlaser als Strahlquelle. Dessen Wellenlänge sei aber zu groß und könne stark reflektierende Werkstoffe wie Kupfer oder Gold nicht schweißen. Mit dem Laserlicht im grünen Wellenlängenbereich sei das nun jedoch möglich.

Vorheizung mildert Temperatursturz ab

Oft geht es beim 3D-Druck ums Detail: So arbeiten Werkzeug- und Formenbauer häufig mit dem kohlenstoffhaltigen Werkzeugstahl 1.2343. Das Material ist äußerst hart, verschleißfest und führt Wärme besonders gut ab. Allerdings ließ es sich bisher nicht im 3D-Drucker verarbeiten, weil die Bauteile beim Drucken reißen. "Der Laserstrahl schmilzt das Bauteil an der Oberfläche auf, danach herrscht wieder Raumtemperatur. Diesem Temperatursturz hielt das Bauteil bislang nicht stand und es kam zu Rissen", berichtet Baur. Die Substratplatte des 3D-Druckers TruPrint 5000 lässt sich deshalb auf 500 Grad vorheizen. Das mildere den Temperatursturz nach dem Laserschmelzen. "Materialqualität und Oberfläche sind bei kohlenstoffhaltigen Stählen deutlich besser als ohne Vorheizung. Das verhindert Brüche im Bauteil", erklärt Baur.

Implantate einsatzfertig aus dem Drucker

Auch für additiv gefertigte Prothesen und Implantate biete die Vorheizung große Vorteile. "Wenn die Umgebungstemperatur zu stark fällt, verzieht sich das Bauteil und wir müssen es nachbearbeiten. Außerdem benötigen wir oft Stützstrukturen, die wir mühsam auf- und abbauen", sagt Baur. Die Vorheizung der TruPrint 5000 reduziere die Spannungen, steigere die Bearbeitungsqualität und mache in vielen Fällen Stützstrukturen überflüssig. Nachgelagerte Wärmebehandlungen ließen sich oft reduzieren; das Titan werde zudem belastbarer und die Implantate langlebiger.


Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

Das könnte Sie auch interessieren

27.11.2018 | Additive Fertigung | Nachricht | Onlineartikel

Härtere Werkzeuge aus dem 3D-Drucker

19.11.2018 | Additive Fertigung | Nachricht | Onlineartikel

3D-Druck ohne Stützstrukturen

29.10.2018 | Additive Fertigung | Im Fokus | Onlineartikel

Potenziale des Additive Manufacturing

Premium Partner

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Grundlagen zu 3D-Druck, Produktionssystemen und Lean Production

Lesen Sie in diesem ausgewählten Buchkapitel alles über den 3D-Druck im Hinblick auf Begriffe, Funktionsweise, Anwendungsbereiche sowie Nutzen und Grenzen additiver Fertigungsverfahren. Eigenschaften eines schlanken Produktionssystems sowie der Aspekt der „Schlankheit“ werden ebenso beleuchtet wie die Prinzipien und Methoden der Lean Production.
Jetzt gratis downloaden!

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

Bildnachweise