3D-Druck von Industrieteilen
Die Meister-Klasse in Produktdesign und -entwicklung
Insight: 3D-Druck von Industrieteilen
20.11.2020
Hallo und herzlich willkommen zum Insight-Video für diese Woche!
Diesmal werden wir uns anschauen, wie Sie den 3D-Druck für die Herstellung von Produktionsteilen nutzen können.
Ich bin mir sicher, die meisten von uns halten diese Technologie als hervorragend für die Prototypenherstellung geeignet. Doch eigentlich haben wir noch nie darüber nachgedacht, ob sie auch für die Produktion eingesetzt werden könnte. Sie hat zwar ihre Grenzen, aber Sie wären überrascht zu erfahren, wie genau sie von einigen Firmen genutzt wurde.
Wussten Sie zum Beispiel, dass der 3D-Druck zur Herstellung von Kraftstoffdüsen für den LEAP-Motor von General Electric oder für Kabinenhalter für den Airbus A350 eingesetzt wurde? In der Medizin wird er für patientenspezifische Hörgeräte und künstliche Schädel-, Hüft- und Brustkorbimplantate verwendet.
Ich könnte noch weitere Beispiele aufzählen. Aber die eigentliche Frage lautet ja: Wie können Sie den 3D-Druck nutzen?
Natürlich können Sie damit fertige Teile produzieren, und bei einer geringen Teilezahl könnte der 3D-Druck sogar günstiger sein als das Druck- und Spritzgießen. Das Tolle ist, dass das Verfahren Ihnen eine Welt voll komplexer Formen und Geometrien eröffnet, die mit anderen Technologien einfach nicht machbar sind.
Wenn Sie den 3D-Druck für die Produktion in Betracht ziehen, sollten Sie sich zuerst fragen, ob Sie ein Kunststoff- oder ein Metallteil brauchen.
Die Anzahl an unterschiedlichen Materialien, die sich für den 3D-Druck eignen, wächst ständig. Protolabs zum Beispiel bietet mehr als zwei Dutzend Kunststoffe und Pulver an. Von Kobalt-Chrom über Kupfer bis hin zu glasfaserverstärktem Nylon – es lohnt sich herauszufinden, welche Optionen Ihre Anbieter zur Auswahl hat.
Fangen wir mit Metallteilen an. Mittels direktem Lasersintern, oder DMLS, können Teile aus Edelstahl, Aluminium, Titan, Kupfer und vielen weiteren Metallen hergestellt werden. Und wenn das Verfahren sogar für die Bereiche Luft- und Raumfahrt und Medizin gut genug ist, dann spricht das für sich!
Ihr 3D-Druck-Anbieter sollte mit Ihnen zusammen einen Qualitätsplan zur branchen- oder kundenspezifischen Bearbeitung erstellen und Ihnen Unterlagen und die Prüfdokumentation bereitstellen. Rechtzeitig vor der Produkteinführung können Prüfteile schnell gebaut und zur Validierung an ein Labor gesendet werden, um Ihnen schlaflose Nächte zu ersparen.
Oder Sie bauen die eigentlichen Teile im Produktionslauf und prüfen sie danach – ganz, wie Sie wünschen.
Bevor Sie sich zu sehr über die beim 3D-Druck mit Metall verfügbaren Designmöglichkeiten freuen, sollte ich zur Vorsicht mahnen. Nur weil Metall sich für Teile für den Endgebrauch eignet, bedeutet dies nicht, dass DMLS immer das richtige Verfahren zum Bauen dieser Teile ist.
Die Technologie verwendet einen Hochleistungslaser, um Metallteilchen schichtweise zu verschmelzen. Aufgrund der extremen Hitze, die dabei zum Einsatz kommt, muss ein Verformen und Zusammenrollen mit gerüstartigen Stützkonstruktionen verhindert werden. Diese müssen anschließend entfernt werden. Dies ist aufwändig und zeitintensiv. Wenn Ihr Anbieter alternative Lösungen, wie CNC-Bearbeitung, anbietet, dann sollten Sie die Vor- und Nachteile mit ihm zusammen durchgehen.
Beim 3D-Druck von Kunststoffteilen kommt das selektive Lasersintern, kurz SLS, zum Einsatz. Wie beim DMLS werden mithilfe eines Lasers Materialschichten in einem Pulverbett verschmolzen. Kunststoff ist jedoch einfacher zu schmelzen als Metall, weniger energieintensiv, und die Struktur muss nicht abgestützt werden. Das heißt, dass der Teilebau einfacher ist und weniger Nachbearbeitung anfällt, wodurch das Verfahren kostengünstiger ist als das verwandte DMLS-Verfahren.
Es gibt jedoch ein paar Einschränkungen. Erstens können Sie nur Polyamide verwenden, obwohl auch glasfaserverstärkte Kunststoffe verfügbar sind. Zweitens ist es nur in Schichtdicken von 0,1 mm verfügbar. Und schließlich können sich auch Kunststoffe verformen. Sie müssen also dieselben Konstruktionsprinzipien befolgen, nach denen sich die Stabilität und Genauigkeit von Spritzgussteilen erhöht, wie z. B. gleichmäßige Wandstärken und Verrippungen in großen flachen Bereichen.
Trotzdem ist Nylon ein tolles Material. Es hängt also ganz von der gewünschten Funktion ab. SLS eignet sich hervorragend für die Produktion von Kleinserienteilen, bei denen eine Investition in Spritzgusswerkzeug nicht sinnvoll ist, oder als Zwischenlösung, während Sie auf Ihr Werkzeug warten. Und vergessen Sie nicht, dass Sie damit komplexe Teile realisieren können, die mit anderen Verfahren einfach nicht machbar sind.
Bevor ich Sie verlasse, möchte ich noch kurz über die dritte 3D-Drucktechnologie sprechen: die Stereolithographie, kurz SL. Obwohl sich damit sehr genaue und detailreiche Teile herstellen lassen, eignet sich das Verfahren in der Regel nicht für die Herstellung von endgültigen Teilen. Einer der Gründe dafür ist, dass der bei SL verwendete lichthärtende Kunststoff schlecht auf UV-Licht reagiert.
Doch hierfür gibt es eine Lösung: Mithilfe einer keramikverstärkten Vernickelung bleibt das Material über Jahre hinweg stabil. Fragen uns, ob diese Option verfügbar ist.
Zum Schluss möchte ich Sie auffordern, Ihren Horizont in Sachen 3D-Druck zu erweitern. Das Verfahren eignet sich hervorragend für das Rapid Prototyping. Aber gehen Sie einen Schritt weiter und überlegen Sie sich, wie es Ihrer Produktion noch zugutekommen könnte. Da Sie damit komplexe Geometrien herstellen können, die mit anderen Verfahren einfach nicht möglich wären, haben Sie unzählige Optionen, um Ihre Produkte zu optimieren und sie zum Beispiel leichter zu machen.
Das war‘s von mir für diese Woche. Ein schönes Wochenende und bis nächsten Freitag!
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