Additive Fertigung: Das Zukunftsthema der Produktionstechnik

Ein Blick unter die Motorhaube des Demonstratorfahrzeugs zeigt das Potenzial des industriellen 3D-Drucks für die Automobilindustrie: Wenige Bauteile, dafür mit Funktionserweiterungen und einer erheblichen Gewichtseinsparung.

Additive Fertigung ist das große Zukunftsthema der Produktionstechnik. Der dreidimensionale Druck ergänzt immer stärker herkömmliche Fertigungstechniken und ist in vielen anspruchsvollen Industrien wie der Medizintechnik, der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt bereits erfolgreich im Einsatz. Auch Gießereiindustrie, Stahl- und Aluminiumbranche haben das Potenzial des 3D-Drucks erkannt. Das Düsseldorfer Messequartett GIFA, METEC, THERMPROCESS, NEWCAST 2019 (25. bis 29.Juni 2019) widmet dem Thema „Additive Manufacturing“ aus diesem Grund eine eigene Sonderschau.

Generativen Fertigungsverfahren, wie der Oberbegriff für die unterschiedlichen additiven Fertigungstechnologien mit allen möglichen Typen von 3D-Drucksystemen lautet, gehört die Zukunft. Schon heute ist die additive Fertigung mit Kunststoffen, Metallen und Keramik aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Knapp 40 Prozent der 2016 befragten deutschen Unternehmen nutzten 3D-Druck bereits, wie die Beratungsgesellschaft EY ermittelt hat. Das Potenzial quer durch alle Bereiche ist gewaltig. 3D-Druck mit Beton könnte die Baubranche revolutionieren, Bioprinting von lebendem Gewebe ist bereits möglich – und selbst der Druck menschlicher Organe ist ein ernsthaft verfolgter Forschungsgegenstand.

Den Metallbranchen – ob Gießerei oder Stahlerzeuger, Schmiede oder Blechverarbeiter – bietet der 3D-Druck neue Chancen. Mit dem 3D-Drucker erfolgt der Aufbau Schicht für Schicht auf Basis digitaler Kon-struktionsdaten. Material wird nur an den Stellen verbaut, wo es gebraucht wird. Wo konventionelle Fertigungsverfahren wie Gießen, Fräsen oder Schmieden an ihre Grenzen stoßen, spielen additive Technologien ihre Stärken aus. 3D-Druck bietet Konstrukteuren uneingeschränkte geometrische Freiheiten. Mit variierenden Wandstärken, Hohlräumen und Wabenstrukturen lassen sich beispielsweise komplexe funktionsintegrierte Bauteile mit bionischem Aufbau fertigen, wie eben die hochbelastbare automobile Leichtmetallkonstruktion aus dem 3iprint-Projekt.

Jüngstes Mitglied im Club der additiven Fertigung ist der Spezialist für metallurgischen Maschinen- und Anlagenbau SMS group. Am Standort Mönchengladbach hat der führende Hersteller von Hütten- und Walzwerkstechnik eine neue Pilotanlage zur Metallpulverherstellung errichtet. Mit der Pulververdüsungsanlage verfolgt das Unternehmen mehrere Ziele. Zum einen will SMS sowohl im Kundenauftrag hochreines Metall-pulver für additive Fertigung herstellen als auch neue Werkstoffe entwickeln und erproben. Das Unternehmen kann dabei auf eine jahrzehntelange Erfahrung im Verdüsen von Eisenpulver beispielsweise zum Sintern zurückgreifen. Auch das umfangreiche metallurgische Know-how der Gruppe und die breite Kompetenz in thermischer Prozesstechnik bilden ein gutes Startkapital. Zum anderen möchte der Anlagenbauer mit dem Vertrieb von Pulververdüsungsanlagen den schnell wachsenden Markt der Metallwerkstoffe für additive Fertigungsverfahren bedienen.

Nicht zuletzt ist die eigene Metallpulverherstellung ein Glied in der eigenen Prozesskette für additive Fertigung. Mit der Herstellung von additiv gefertigten Sprühköpfen für Gesenkschmiedepressen hat der Anlagenbauer bereits erstes Potenzial der zukunftsweisenden Technologie für sich erschlossen. Sprühköpfe entfernen Zunder von Gesenken, kühlen die Oberfläche, bringen Schmierstoffe auf und trocknen die Gesenke. Der ursprüngliche Sprühkopf war ein massives und schweres Teil. Im dreidimensionalen Druck lassen sich sehr leichte und platzsparende Sprühköpfe fertigen, die individuell an die Gegebenheiten einzelner Gesenke angepasst sind. Wie das Unternehmen berichtet, führt der Einsatz der je nach Kundenwunsch wahlweise in Kunststoff oder Metall gefertigten 3D-Sprühköpfe zu einer Senkung der Taktzeit und einer Verlängerung der Werkzeug-Standzeit beim Gesenkschmieden.

Die Ergebnisse weiterer Projekte seien nicht weniger vielversprechend, wie SMS mitteilt. Ein neues Walzenkühlrohr für Drahtwalzwerke etwa überzeugt durch ein konturangepasstes Design mit integrierten Düsen. Durch den Einsatz von Alumide, einer Werkstoffkombination von Aluminium- und Kunststoffpulver, ist die Konstruktion leichter und kostengünstiger als das herkömmliche Bauteil. Im Bereich Stahl-Konverter konnten die für die Stahlschmelzen eingesetzten SIS-Injektoren um 60 Prozent verkleinert und aus einem einzigen anstatt aus acht Teilen hergestellt werden. Und Rohrschweißanlagen der SMS group können dank ge-druckter Teile zukünftig auch 14 Zoll und kleinere Rohrdurchmesser herstellen, da in einer hybriden Bauweise aus additiver und konventioneller Fertigung kleinere, aber leistungsstarke Schmierringe für die Expanderwerkzeuge machbar sind.

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