Niedersachsen ADDITIV

Anders als bei der konventionellen (subtraktiven) Fertigung, bei der Material durch zerspanende Verfahren wie Fräsen, Drehen oder Bohren vom Rohling als Span abgenommen wird, verbindet die Additive Fertigung Pulverpartikel oder Moleküle miteinander, indem diese aufgeschmolzen oder miteinander vernetzt werden.

Der 3D-Druck ist von einer Nischenanwendung zu einem viel beachteten Technologie mit hohem Wachstumspotenzial geworden.  Viele Unternehmen erwägen den Einstieg, benötigen jedoch zunächst eine Orientierungshilfe, was 3D-Druck überhaupt bedeutet und welches Grundprinzip sich hinter dieser Technologie verbirgt. 

Unter Additiver Fertigung, dem sogenannten 3D-Druck, versteht man Verfahren, mit denen durch Aufeinanderdrucken von zweidimensionalen Schichten oder durch die Addition kleiner Elemente ein dreidimensionales Objekt hergestellt wird.

Historie

Obwohl die Additive Fertigung heute als das bedeutendste Herstellungsverfahren für die digitalisierte industrielle Produktion (Industrie 4.0) gilt, existieren erste Verfahren bereits seit den 1980er Jahren. Schon 1986 legte Charles W. Hull die Grundlage für den heutigen 3D-Druck: Er erfand die Stereolithographie. Dabei härtet UV-Strahlung flüssigen Kunststoff Schicht für Schicht aus. So entsteht nach und nach das fertige Bauteil.

In den vergangenen 30 Jahren kamen zahlreiche Verfahren hinzu wie etwa:

• Selektives Laser Sintern (SLS),
• Laser Powder Bed Fusion (LPBF, auch Selektives Laserschmelzen (SLM®) genannt),
• Laserstrahlauftragschweißen

Mit diesen und anderen Verfahren lassen sich

• Kunststoffe,
• Metalle,
• Gläser und
• Keramiken drucken.

Vom Rapid Prototyping zur Additiven Fertigung

Da sich diese Prozesse anfangs ausschließlich zur Herstellung von Prototypen, Baumustern und Ansichtsexemplaren eigneten, fasste man die Verfahren zunächst unter dem Oberbegriff Rapid Prototyping zusammen. Später etablierten sich Oberbegriffe wie Rapid Manufacturing [2]oder Rapid Tooling.

Heute sind die Benennungen 3D-Druck, Additive Fertigung oder Additive Manufacturing gängig und inhaltlich gleichbedeutend. Für Einsteiger mag die Vielzahl der Benennungen zunächst verwirrend sein. Deshalb ist es wichtig zu wissen, dass das Grundprinzip bei allen Verfahren gleich ist:

Additive Fertigungsverfahren verbinden pulverförmige oder flüssige Werkstoffe zu einem dreidimensionalen Objekt. In weiteren Bearbeitungsschritten entsteht daraus das fertige Bauteil – ganz ohne den Einsatz formgebender Verfahren.

Bauteile entstehen Schicht für Schicht

Bei den meisten 3D-Druckverfahren entstehen die Bauteile so wie in der Abbildung schematisch dargestellt:

1. Der Konstrukteur erstellt das Bauteil in einem CADProgramm und erzeugt aus den 3D-Daten schließlich eine 3D-Druckdatei.
2. Öffnet man die 3D-Druckdatei mit der Software eine 3D-Druckers zerlegt dieses Programm das Bauteil in virtuelle Schichten.
3. Der 3D-Drucker druckt die zuvor virtuell definierten Schichten nach und nach physisch aufeinander.
4. So entsteht Schicht für Schicht das Bauteil. Die Schichtdicke hängt von verschiedenen Prozessparametern ab und bestimmt die Auflösung des Bauteils.
5. Vor der Verwendung des Bauteils ist häufig eine Nachbehandlung erforderlich, etwa um Stützstrukturen zu entfernen oder die Oberflächengüte zu verbessern.