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24.05.2018 | Additive Fertigung | Im Fokus | Onlineartikel

3D-Druck überwindet Grenzen der Fertigung

Autor:
Dieter Beste

Wie sich mit Additive Manufacturing die Grenzen herkömmlicher Fertigung überwinden lassen, zeigen im Juni die Aussteller der Messe Rapid.Tech + FabCon 3.D in Erfurt – und exemplarisch ein Unternehmensprojekt, bei dem die Natur Pate stand.

Die sogenannte Bound Metal Deposition-Technologie (BMD) ist ein neues Verfahren im Bereich des metallischen 3D-Drucks. Damit sollen sich komplexe Bauteile aus Stahl, Edelstahl, Kupfer und weiteren Legierungen schneller und kostengünstiger herstellen lassen als mit anderen additiven Technologien. Funktionsweise und Vorteile des in Europa noch wenig bekannten Verfahrens will das US-amerikanische Unternehmen Desktop Metal, das die BMD-Technologie seit 2015 entwickelt, im Forum 3D Metal Printing am 6. Juni 2018 zur Messe Rapid.Tech + FabCon 3.D in Erfurt vorstellen.

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Mehr als 200 Aussteller werden nach Angaben der Messe Erfurt ihre neuesten Entwicklungen, Produkte und Leistungen rund um das Additive Manufacturing (AM) zeigen. Nach 2016 und 2017 geben die Messeveranstalter auch in diesem Jahr der noch jungen Technologie des metallischen 3D-Drucks ein Extra-Podium. "In den metallischen Verfahren liegt viel Zukunftspotenzial, das es zu erschließen gilt", kommentiert Daniel Hund, Kommunikationsleiter der Concept Laser GmbH, seit Ende 2016 Teil von GE Additive, und verantwortlich für die Inhalte des Forums 3D Metal Printing.

Das Kolibri-Projekt

Beim Hersteller Eos, einem weltweit führenden Technologieanbieter für die Additive Fertigung, haben sich die Ingenieure vom Vorbild Natur anregen lassen, um aufzuzeigen, wie sich die Optimierung von Bauteilen durch die industrielle 3D-Drucktechnologie erweitern lässt. Die Natur bringt faszinierende und hochgradig effiziente Kreaturen hervor, die in der Lage sind, ihre Energie optimal einzusetzen, sie schafft mit wenigen Grundbaustoffen stabile und leichte Strukturen, und nicht nur Konstrukteuren ist sie in der Bionik Quelle der Inspiration. Mit der Technologie des 3D-Drucks werden jetzt, so das Kalkül der Ingenieure, Konfigurationen von Strukturen aus der Natur möglich, die bislang technisch nicht hergestellt werden konnten.

Bionik verbindet in interdisziplinärer Zusammenarbeit Biologie und Technik mit dem Ziel, durch Abstraktion, Übertragung und Anwendung von Erkenntnissen, die an biologischen Vorbildern gewonnenen werden, technische Fragestellungen zu lösen. … Durch den Entfall von Fertigungsrestriktionen stellt Bionik eine beim AM-Einsatz besonders vielversprechende Methode dar. Sie wird in der Regel mit einem bestimmten konstruktiven Ziel verfolgt, z. B. Steifigkeitserhöhung." Methodisches Konstruieren von additiv gefertigten Bauteilen, Seite 80

Zunächst wurde bei Eos ein konventionell mit abtragender Technologie gefertigtes Modell eines Kolibris hergestellt. Die Herausforderung bestand nach eigenen Angaben nun darin, diese komplexe Baugruppe zu optimieren, und zwar hauptsächlich unter den Gesichtspunkten Bauteil- und Funktionsintegration sowie Leichtbau. Bei Eos identifizieren die Experten von Additive Minds dazu zunächst das Optimierungspotenzial eines Bauteils. Mit anderen Worten: Die Gestaltungsfreiheit, die durch die Umstellung von der konventionellen Fertigung auf den industriellen 3D-Druck entsteht, erlaubt Ingenieuren, bisherige Grenzen der Machbarkeit zu überschreiten. Während man bei Komponenten wie den Flügeln und dem Gehäuse der konventionell gefertigten Baugruppe an die Grenzen des technisch Machbaren gestoßen ist, gelang es, diese Grenzen mithilfe der additiven Fertigung nicht nur zu verschieben, "sondern durchbrechen", wie es in einer Mitteilung des Unternehmens heißt.

Der Vergleich mit dem konventionell gefertigten Kolibri weist verblüffende Ergebnisse im Detail auf, die EOS so zusammenfasst:
Die Konsole: Freiheit im Design, Leichtgewichtstrukturen

  • Gewichtsreduktion ca. 80 %

Die Welle: Integration von Bauteilen und Funktionen, Freiformflächengestaltung

  • Anzahl der Bauteile: jetzt 1 statt vorher 7 
  • Gewichtsreduktion ca. 59 %

Das Gehäuse: Optimierung der Topologie, komplexe Strukturen, Laser-driven Design

  • Anzahl der Bauteile: minus 50 %
  • Gewichtsreduktion ca. 80 %

Die Flügel: filigraneres Design, Integration von Bauteilen

Das Kolibri-Projekt sei "ein wunderbares Beispiel dafür, wie alle Vorteile der additiven Fertigungstechnologie – etwa komplexe Geometrien, Leichtbau oder die Integration von Funktionen und Bauteilen – in einer Baugruppe kombiniert werden können und somit großes Potenzial für Kostenreduktion in der industriellen Fertigung ermöglichen", heißt es bei EOS. Das Video aus dem Projekt zeigt, was von der Technologie zu erwarten sein wird.

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