Prototypen werden häufig mit additiven Fertigungsverfahren hergestellt. Dies ist der einfachste Anwendungsfall. Doch 3D-Druck kann wesentlich mehr! Starten Sie durch und nützen Sie die Vorteile. Ein Leitfaden, wie Sie sich step-by-step an die neuen Technologien herantasten.
Damit sich der 3D-Druck wirtschaftlich einsetzen lässt und sich das Unterfangen lohnt, gibt es einige Punkte zu beachten. Im folgenden Artikel finden Sie diverse Tipps. Alle Links mit weiterführenden Informationen finden Sie am Ende des Beitrages (siehe Nummern im Text).
Erwartungen sind ein wichtiger Bestandteil, wenn etwas Neues Erfolg bringen soll. Welche Vorteile kann Ihnen die additive Fertigung im Jahr 2022 bieten?
Eines vorweg: 3D-Druck wird die konventionelle Fertigung nicht ablösen. Dies ist nicht das Ziel. Vielmehr bietet die additive Fertigung eine wichtige und sinnvolle Ergänzung zu den traditionelleren Fertigungsverfahren. Jede Technologie hat ihre Vor- und Nachteile so verhält es sich auch mit dem 3D-Druck.
Ein wichtiger Hinweis für den Einstieg: Wenn ein Bauteil für die Herstellung mit Drehen, Fräsen oder Spritzguss konstruiert wurde, und nun identisch mit 3D-Druck verarbeitet werden soll, dann lohnt sich das meistens nicht. Ausnahmen: kleine Stückzahlen, Ersatzteile, die nicht mehr erhältlich sind, oder bei Lieferengpässen!
Was sich jedoch lohnt, sind alle Fälle, in denen die bekannten Verarbeitungsverfahren an ihre Grenzen stoßen. Teile können für die additive Fertigung mit einer bisher nie dagewesenen Designfreiheit konstruiert werden. Dies bringt viele Vorteile. Zum Beispiel Leichtbauteile, die starkem Druck/Zug standhalten, aber wesentlich weniger Gewicht aufweisen. Oder Baugruppen, deren Einzelteile zu einem einzigen Bauteil zusammengefügt werden, zum Beispiel Robotergreifer und ähnliches.
Bei Kühlkanälen bietet sich die Möglichkeit, diese präzise dort zu platzieren, wo fürs Bauteil der optimale Nutzen erzielt werden kann. Für den 3D-Druck eignen sich Teile, die häufig verändert werden müssen oder personalisierte Teile, zum Beispiel Prothesen, die perfekt für den Träger angepasst werden. Es gibt unzählige weitere Beispiele und Anwendungsfälle (1).
Im 3D-Druck können inzwischen hunderte verschiedene Materialien (2a, 2b) verarbeitet werden. Dies sind z.B. einfache Standardmaterialien wie PLA oder PA12, als auch Hochleistungskunststoffe wie xPEEK und ähnliches. Zusätzlich gibt es faserverstärkte Kunststoffe, die unter anderem im Automobilrennsport zum Einsatz kommen und höchsten Belastungen Stand halten. Ebenso können Metalle wie Aluminium, Titan, Werkzeugstahl etc. mit 3D-Druck verarbeitet werden. Die Bauteile können problemlos in Maschinen zum Einsatz kommen. Nebst dem Material hat die Technologie, mit der die Teile produziert werden, einen Einfluss auf deren Eigenschaften.
Oft wird die Frage gestellt, was in Bezug auf Qualität der Bauteile zu erwarten ist. Vergessen Sie die 3D-Druck-Teile, die mit einfachen FDM-Druckern zu Hause hergestellt werden können. Industrie-Drucker bringen komplett andere Resultate. Mittlerweile sind mit dem richtigen Verfahren spritzgussähnliche Oberflächen (3a, 3b) machbar. Dies ist möglich durch den Einsatz von hochpräzisen Lasern und Projektoren.
Die Toleranzmasse sind die größere Herausforderung, jedoch keine, die sich nicht lösen lässt. Abhängig von Material, eingesetzter Technologie und Ausrichtung im Bauraum gibt es Abweichungen. Grundsätzlich darf eine Genauigkeit von +/- 0.3mm erwartet werden. Ein wichtiger Aspekt: wird die Toleranz tatsächlich auf allen Flächen des Bauteils benötigt, oder wird dies einfach aus Gewohnheit der traditionellen Herstellungsmethoden gefordert (4)? Zudem lassen sich mit den passenden Nachbearbeitungs-Methoden sehr gute Resultate erzielen.
Die Anzahl zu produzierender Teile stellt kein Hindernis mehr dar. Problemlos können 10'000 Stück und mehr in Serie produziert werden (5). Und das mit der passenden Material-/Technologie-Kombination zu konkurrenzfähigen Preisen. Kosten für Werkzeuge, die sich erst nach Jahren im Einsatz lohnen, fallen weg. Zudem sind jederzeit Änderungen möglich und eine unnötige, teure Lagerhaltung von Teilen entfällt.
Stellen Sie sich die Frage, ob sie sich einen 3D-Drucker kaufen sollten? (6) Oder welches der beste 3D-Drucker ist? Dies lässt sich nur beantworten, wenn klar ist, was genau Sie benötigen. Bauteile aus einem Material, oder viele verschiedene Kunststoffe und Metalle? Welche Anzahl Teile benötigen Sie pro Jahr? Können Sie einen Drucker mit diesem Volumen auslasten, oder steht dieser ungenützt da?
Bedenken Sie, dass ein Industrie-Drucker eine größere Investition bedarf, und dass sich die Technologie rasch weiterentwickelt. Deshalb lohnt es sich in jedem Fall, Teile zuerst bei einem externen 3D-Druckservice oder einem 3D-Druck Shop zu bestellen. So erhalten Sie wichtiges Fachwissen und werden vom 3D-Druck-Anfänger zum Profi.
Falls Sie ein nicht mehr erhältliches Ersatzteil benötigen, oder aufgrund von Lieferengpässen Teile aus dem 3D-Druck bestellen, praktisch nichts. Wählen Sie das benötige Material aus (Materialassistent auf der Plattform) und starten Sie eine Anfrage, oder platzieren Sie eine Bestellung.
Falls Sie die Vorteile der additiven Fertigung nützen möchten und Bauteile neu konstruieren wollen, dann sollten Sie sich ein Basis-Wissen aneignen. Die Konstruktion für den 3D-Druck erfordert Kenntnisse über die angewendeten Technologien, da diese bestimmten Eckpunkte der Konstruktion vorgeben. Lassen Sie sich jedoch nicht von zu vielen Informationen abschrecken. Alles, was Sie neu lernen kann schrittweise erfolgen, so auch im 3D-Druck. Es ist unmöglich, alles im Bereich der additiven Fertigung zu wissen, da sich die Technologien rasant weiterentwickeln.
Bestimmt denken Sie nun an ein Projekt, das Sie haben? So starten Sie.
Die einfachste Variante: Sie besprechen ein konkretes Projekt mit Ihrem Ansprechpartner (Solution Partner von Jellypipe (7)). Anhand von Einsatzgebiet und Eigenschaften eines Bauteils werden Sie Antworten erhalten, was bei der Konstruktion zu beachten ist.
Eine andere Herangehensweise:
Machen Sie sich mit dem passenden Verfahren vertraut. Informieren Sie sich zuerst über grundlegende Themen. Wie ein FDM-Druck funktioniert; ähnlich wie ein 2D-Drucker, aber mit Schichten, kann man sich vorstellen. Bei den Pulverbettverfahren ist dies ganz anders. Sehen Sie sich ein Video eines 3D-Druckers mit Pulverbettverfahren an, z.B. SLS (8), um einen ersten Eindruck zu erhalten, was bei der Produktion geschieht. Danach informieren Sie sich über grundlegende Konstruktions-Themen wie Topologie-Optimierung (9) und Lattice-Strukturen (10).
Wählen Sie anschließend das geeignete Material für Ihr Bauteil aus. Definieren Sie Eigenschaften und Einsatzgebiet, und grenzen Sie das Material ein. Am einfachsten gelingt dies mit dem Materialassistenten auf der Plattform. Sind Sie unsicher? Fragen Sie nach!
Aufgrund des gewählten Materials gelangen Sie zu den verfügbaren Verarbeitungs-Technologien. An dieser Stelle ist es für 3D-Druck Anfänger sinnvoll, zu prüfen, ob die gewählte Material-/Technologie-Kombination sinnvoll ist. Fragen Sie Ihren Solution Partner! Anschließend steht der Konstruktion und einem erfolgreichen Projekt nichts mehr im Weg!
Die eingesetzte Technologie definiert nun die Grundlagen für Ihre Konstruktion, d.h. die 3D-Druck Konstruktionsrichtlinien für Ihr Projekt:
Konstruktion fertig? Gratulation, nun können Sie ihr erstes Bauteil bestellen!
Falls Sie bereits sicher sind, was sie benötigen, können Sie Ihr Bauteil direkt bestellen. Ist es das erste seiner Art? Gerne können Sie auch eine sog. «individuelle Anfrage» auf der Plattform machen, falls noch Unklarheiten bestehen. Die Print-Factory prüft dann das Projekt und gibt Ihnen Hinweise und erstellt ein Angebot.
Wir freuen uns auf Ihr Projekt. Für Fragen stehen wir und unsere Solution Partner Ihnen jederzeit gerne zur Verfügung.
Ihre Jellypipe
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