Additive Fertigung in der Industrie: mehr als nur 3D-Druck

Im Alltag wird häufig der Begriff „3D-Druck“ als Synonym für die gesamte additive Fertigung genutzt. Letztlich ist er aber nur eins der möglichen Verfahren. Mit dem Begriff „3D-Druck“ ist oftmals die „klassischere“ Variante gemeint, die in den letzten Jahren auch für den privaten Gebrauch großen Zuspruch erhalten hat.

Was bisher selbst in der Industrie nicht überall bekannt ist: Additive Fertigung ist viel mehr als „nur“ Kunststoff-3D-Druck. Es ist ein zukunftsweisendes Fertigungsverfahren, das vor allem Zeit, aber auch Kosten sparen kann. Wir möchten dies gerne zum Anlass nehmen und in diesem Artikel über die Additive Fertigung im Allgemeinen und speziell bei der Meissner AG informieren. Wir haben beispielsweise eine eigene Anlage entwickelt, mit der wir große Metallbauteile fertigen können. Aber dazu später mehr.

1. Was ist Additive Fertigung?
2. Kunststoff-3D-Druck und Laserauftragschweißen: die additiven Fertigungsverfahren der Meissner AG
   1. FDM: Kunststoff-3D-Druck
   2. LMD: Metall-3D-Druck
3. Anwendungsgebiete der additiven Fertigung
   1. 1. Anwendungsbeispiele für den Kunststoff-3D-Druck in der Industrie
      2. Anwendungsgebiete für das Laserauftragschweißen (Metall-3D-Druck)
4. Vorteile der additiven Fertigung
5. Wofür additive Fertigung nicht geeignet ist
6. Diese Materialien können wir verarbeiten

Was ist „additive Fertigung“?

Die additive Fertigung unterscheidet sich ganz grundlegend von herkömmlichen, subtraktiven Methoden wie Fräsen, Drehen oder Bohren, bei denen Bauteile in der Regel aus einem Block hergestellt werden – und damit immer Material „verloren“ geht. Bei der additiven Fertigung fangen wir bei null an und bauen ein Bauteil auf. Das heißt: Wir bauen Material nur dort auf, wo wir es brauchen und verwenden nur so viel, wie gebraucht wird.

Kunststoff-3D-Druck und Laserauftragsschweißen: die additiven Fertigungsverfahren der Meissner AG

Aktuell nutzen wir zwei Verfahren im Bereich der additiven Fertigung und bieten sie unseren Kunden an. Diese möchten wir Ihnen hier kurz vorstellen. Eine Besonderheit dabei ist sicherlich der „Metall-3D-Druck“ und die Größe der von uns entwickelten Anlage.

FDM: Kunststoff-3D-Druck

„FDM“ steht für „Fused Deposition Modeling“ und bezeichnet den weit verbreiteten Kunststoff-3D-Druck. Hierbei wird der zu verarbeitende Kunststoff von einer Spule zunächst abgewickelt und geschmolzen und dann Schicht für Schicht zu einem Bauteil aufgetragen. Insbesondere durch die Drucker, die man schon für vergleichsweise wenig Geld kaufen kann, ist dieses Verfahren in der breiten Bevölkerung sehr bekannt und wird schon umfangreich für den Privatgebrauch angewendet.

Die Anlagen für die Industrie unterscheiden sich hiervon selbstverständlich ein Stück weit: So kann unsere Anlage mehr, anspruchsvollere und komplexere Materialien verarbeiten, beispielsweise chemiebeständige oder deutlich festere Materialien, die der Privatnutzer so nicht immer benötigt. Darüber hinaus sind wir in der Lage, verschiedene Dateiformate direkt aus der CAD-Konstruktion zu verarbeiten. Das verbreitete STL-Format ist dagegen nicht ideal für die genaue Darstellung von Geometrien.

LMD: Metall-3D-Druck

„LMD“ ist die Abkürzung für „Laser Metal Deposition“ und bezeichnet das Laserauftragschweißen. Dabei wird Metallpulver zugeführt und von einem Laserstrahl aufgeschmolzen, sodass auch hier Schicht für Schicht ein neues Bauteil entsteht.

Dieses bekannte Verfahren haben wir für unsere Anlage grundsätzlich übernommen. Allerdings haben wir sie selbst aufgebaut und dabei größer skaliert. Mehrere Meter in einer Achse sind somit problemlos möglich. Unser Industrieroboter kann also durchaus Bauteile fertigen, die beispielsweise 2500 mm x 1500 mm messen. Neben der Fertigung von Bauteilen ist auch eine Beschichtung von vorhandenen Bauteilen möglich.

Anwendungsgebiete der additiven Fertigung

Grundsätzlich eignet sich die additive Fertigung für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete, beispielsweise für Werkzeugbau, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Produkte. Überall dort, wo eine flexible Produktion nötig ist oder wo Gewicht oder Material gespart werden soll, kann additive Fertigung die Lösung sein.

Anwendungsbeispiele für den Kunststoff-3D-Druck in der Industrie

Im FDM-Verfahren – also dem Kunststoff-3D-Druck – fertigen wir beispielsweise Abstecker für Prüflehren. Mit herkömmlichen Verfahren ist der Aufwand relativ groß, diese Kunststoffteile zu fertigen, da eine Bearbeitung auf allen Seiten erforderlich ist. Mit unserer FDM-Anlage bauen wir bis zu 15 Bauteile nebeneinander auf und lassen den 3D-Drucker z. B. nachts laufen. Am nächsten Morgen sind die Teile fertig und brauchen keine größeren Nacharbeiten.

Gerade für den Prototypenbau ist der 3D-Druck ideal: Man benötigt zunächst keine Werkzeuge oder individuellen Formen. Bei kleineren Teilen dauert die Produktion beispielsweise nur eine halbe Stunde. Anschließend kann sofort geprüft werden, ob es grundsätzlich passt und für den jeweiligen Zweck geeignet ist. Auch Betriebshilfsmittel, Halterungen oder Spezialanfertigungen lassen sich ohne größeren Aufwand direkt und einfach herstellen.

Inzwischen verwenden wir auch ein Material mit Kohlefaserverstärkung, mit dem wir gewisse Bauteile aus Aluminium ersetzen können.

Anwendungsgebiete für das Laserauftragschweißen (Metall-3D-Druck)

Mit dem Laserauftragschweißen können zum einen Metallbauteile generiert werden. Das ist insbesondere dann interessant, wenn einzelne Gussteile benötigt werden, keine Großserien. Zum anderen ist mit diesem Verfahren auch das sogenannte Lasercladding möglich, also die Beschichtung von Metallteilen. Ein aus einem eher günstigen Material gefertigtes Bauteil kann durch eine Beschichtung bestimmte Ansprüche erfüllen oder für spezielle Anwendungen eingesetzt werden.

Vorteile der additiven Fertigung

Als klare Vorteile des Kunststoff-3D-Drucks sehen wir:

• flexible Produktion
• kleine Strukturen möglich
• Zeitersparnis
• Einsparung von Material
• Gewichtsreduktion
• Einsparung von Kosten (auch bei Kleinserien mit 30-40 Teilen)

Die Vorteile der LMD-Anlage der Meissner-AG (Metall-3D-Druck / Laserauftragschweißen):

• verkürzte Lieferzeiten: kein monatelanges Warten auf ein Gussteil
• flexible Produktion
• verschiedene Bauteile auf derselben Maschine möglich
• Automatisierung
• Teilweise Gewichtsreduktion möglich (Leichtbaustrukturen)
• Kombination verschiedener Materialien
• Herstellung von Hybridbauteilen
• Zeitersparnis

Wofür die additive Fertigung nicht geeignet ist

Trotz aller Vorteile gibt es auch Anwendungsfälle, in denen die additive Fertigung (noch) nicht geeignet ist. Bei Großserienbauteilen stößt die Technik zumindest heutzutage noch an ihre Grenzen, aber auch das wird sich in den nächsten Jahren vermutlich weiterentwickeln. Unsere Anlage für das Laserauftragschweißen ist außerdem spezialisiert auf größere Bauteile mit einer Kantenlänge von mindestens 300 mm. Filigrane Strukturen wie kleine Kühlkanäle lassen sich mit einer solch großen Anlage nur schwer realisieren.

Diese Materialien können wir im Kunststoff-3D-Druck und dem Laserauftragschweißen verarbeiten:

Kunststoff-3D-Druck:

Unter anderem ASA, ABS-CF, PC-ABS (mehr Informationen dazu finden Sie hier).

Laserauftragschweißen:

Wir befinden uns derzeit am Ende einer Forschungsphase. Den Edelstahl 1.4404 kann die Meissner AG schon prozesssicher produzieren. Bei weiteren, auch deutlich günstigeren Werkstoffen sind wir derzeit noch in der Entwicklung.

Mehr Informationen zu unserer Additiven Fertigung finden Sie hier.