Maschinenbau und 3D Druck – Das passt!

Der 3D Druck findet in immer mehr Bereichen seine Anwendung. So ist er nicht nur für den privaten Gebrauch, sondern auch im industriellen und medizinischen Sektor einsetzbar. Gleiches gilt für die verschiedenen Bereiche des Maschinenbaus – so unter anderem dem Fahrzeug-, Werkzeugmaschinen-, Kraft- und Arbeitsmaschinen-, Förderanlagenbau sowie der Luft- und Raumfahrttechnik. Hier dient er mittlerweile nicht mehr nur der Fertigung von Prototypen, sondern entwickelt sich zu einer Fertigungstechnik.

Anteil des 3D Drucks im Maschinenbau steigt stetig

Einer Umfrage der VDMA-Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing unter ihren Mitgliedsunternehmen zufolge spielten im Jahr 2018 etwa die Hälfte der Maschinenbau Unternehmen mit dem Gedanken, die additive Fertigung einzuführen oder nutzten diese Technologie bereits. Zwei Jahre zuvor gaben gerade einmal acht Prozent der befragten VDMA-Mitglieder an, die additive Fertigung zu nutzen oder in Zukunft auf sie zusetzen. Viele Firmen prüfen nun auch weitere Einsatzmöglichkeiten des 3D Druck, einige haben hier bereits fünfstellige Beträge in entsprechende Systeme investiert.

Besonders auffällig sei, dass sowohl die Kunststoff- wie auch die Metallverarbeitung an Zuspruch gewinnen. Etwa die Hälfte der befragten Firmen gab an, die Technologie nur im Kunststoff-Bereich zu nutzen, die andere Hälfte nutzt beide Varianten. Ebenfalls jedes zweite Unternehmen nutzt die additive Fertigung für das Prototyping, alle anderen fertigen damit auch Werkzeuge, Ersatzteile und Serien von Bauteilen. Der 3D Druck wird so immer mehr zum festen Bestandteil im Maschinenbau. Beschleunigt wird dies noch durch prozesssichere Produktionssysteme, ein stetig wachsendes Materialangebot und die Entwicklung immer spezifischerer Verfahren.

Herstellung von Prototypen und Serien

Zu den renommiertesten Herstellern von 3D Druckern, die im Maschinenbau eingesetzt werden können, gehören Unternehmen wie EOS, hp, SLS Solutions und Stratasys. Sie ermöglichen es Maschinenbau Unternehmen, kosteneffizient und schnell qualitativ hochwertige Metall- und Kunststoffteile zu fertigen, und dies auch in höheren Stückzahlen. Einzelne Bauteile dieser 3D Drucker wurden ebenfalls additiv gefertigt, so unter anderem Steuerschaltgehäuse für den EOS Formiga P 100 und Pulvertrichter für den EOS Formiga P 110.

Besonders im Maschinenbau ist es von Vorteil, Bauteile in kleinen Stückzahlen fertigen zu können. Gerade in diesem Sektor werden immer mehr kundenspezifische Bauteile und Einzelanfertigungen angefragt. Meist handelt es sich hier um Metall- oder Kunststoffkomponenten. Deren traditionelle Fertigung in kleiner Menge ist oft zeitaufwändig und kaum rentabel. So werden für Kunststoffbauteile oft Spritzgusswerkzeuge benötigt, die in der Fertigung teuer und zeitintensiv sind und zugleich für lange Lieferfristen sorgen. Mit der additiven Fertigung wird es möglich, komplexe Bauteile binnen kurzer Zeit zu fertigen. Dazu müssen nur die CAD-Konstruktionsdaten vorliegen. Auch kurzfristige Änderungen sind mit der neuen Technologie besser und vor allem schneller umzusetzen.

Durch den schichtweisen Aufbau des 3D Drucks ist bei der Konstruktion einzelner Komponenten fast alles möglich. Auch schwierige Strukturen lassen sich so realisieren. So können Bauteile Luftkanäle und Fluidleitungen besitzen und Scharniere aufweisen. Zugleich steht auch eine große Bandbreite an Materialien und Technologien zur Verfügung. Als Beispiel seien dabei  die Laser Metal Deposition (LMD), die PolyJet Technologie, die Directed Energy Deposition (DED), das Selective Laser Sinting (SLS) und das Selective Laser Melting (SLM) erwähnt.

Diese Maschinenbau Unternehmen nutzen den 3D Druck bereits

Gerade im deutschsprachigen Raum setzen immer mehr Maschinenbau Unternehmen auf den 3D Druck. So fertigt beispielsweise die Audi AG Wasserstutzen, die im W12-Motor verbaut werden, mit 3D Druckern an, VW nutzt die Technologie unter anderem zur Herstellung selten benötigter Ersatzteile für Oldtimer.  Airbus und Boeing setzen die Verfahren zur Fertigung von Flugzeugteilen wie beispielsweise Turbinen ein. Die Siemens AG plant, Schaufeln für Gasturbinen additiv anzufertigen. Diese müssen Temperaturen von mehr als 1250 Grad Celsius standhalten. Der bayerische Präzisionsteilehersteller MBFZ Toolcraft fertigt unter anderem für die Halbleiterindustrie, die Medizintechnik sowie die Luft- und Raumfahrt verschiedene Produkte und nutzt dazu auch verschiedene 3D Druck Technologien.

Stark im Kommen – die additive Fertigung im Maschinenbau

Die smarte Industrie ist immer stärker im Kommen. Oft spricht man auch von der Industrie 4.0. Es ist zu erwarten, dass unter anderem vernetzte Fabriken und vielleicht auch sprechende Maschinen entwickelt werden. Gerade der Maschinenbau profitiert von der additiven Fertigung erheblich und wird diese zukünftig in noch größerem Umfang nutzen. Ihr großer Vorteil liegt – wie bereits weiter oben beschrieben – darin, dass sich auch komplizierte Formen fertigen lassen, die mit Fräsmaschinen oder herkömmlichen Gussverfahren nicht realisierbar sind.  Des Weiteren sind die Bauteile teilweise deutlich leichter, aber auch stabiler. Aus „fertigungsoptimierten“ werden somit „funktionsoptimierte“ Bauweisen. Über die Konstruktion des Bauteils entscheidet dann die Funktion und nicht die Herstellung.

Bis jetzt müssen Ersatzteile oft noch mit konventionellen Techniken gefertigt und auf Lager gehalten werden. Der Trend geht aber immer weiter dazu, Lagerkapazitäten abzuschaffen. Die additive Fertigung bietet nun auch in der Metallverarbeitung die Möglichkeit, Ersatzteile nach Abruf herzustellen. Dafür werden neben dem 3D Drucker selbst nur die  Konstruktionsdateien und das entsprechende Filament benötigt.

Nicht nur in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, sondern in allen Zweigen des Maschinenbaus profitiert man unter anderem von kürzeren Fertigungszeiten der Bauteile und einem  geringeren Materialeinsatz, da die überschüssigen Pulverkörner  oder additiven Flüssigkeiten in entsprechenden Behältern aufgefangen und beim nächsten Druckvorgang erneut verwendet werden können. Sicher wird es noch zu zahlreichen Neuentwicklungen kommen, an die wir heute noch gar nicht zu denken wagen.