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Experteninterview: Wie können Sie die additive Fertigung mit Metall in Ihr Unternehmen integrieren?

Auf 22. Januar 2020 von Lukas Johannes B. veröffentlicht
additive Fertigung mit Metall

Während die additive Fertigung mit Metall im Laufe der Jahre reift und im Vergleich zu den Kunststoffdruckverfahren ein größeres Wachstum aufweist, scheint eine Frage auf dem Markt nach wie vor aktuell zu sein: Wie kann man die additive Fertigung mit Metall erfolgreich in sein Unternehmen integrieren? Der 3D-Metalldruck bleibt eine schwere Investition mit höheren Maschinen- und Materialkosten als andere Technologien auf dem Markt. Darüber hinaus hat er Schwierigkeiten, mit der Massenproduktion im Vergleich zu anderen, eher traditionellen Techniken wie der maschinellen Bearbeitung zu konkurrieren. Heute wird die additive Fertigung mit Metall immer noch verstärkt eingesetzt, um funktionale Prototypen, Werkzeugkomponenten, Ersatzteile herzustellen oder sogar defekte Teile zu reparieren – einige Sektoren beginnen sogar damit, fertige Teile in Serie zu konstruieren. Wie können Sie sicher sein, die richtige Lösung zu wählen, und wie können Sie diese effektiv in Ihre Produktionsprozesse integrieren? Wir haben drei Experten befragt, um Ihnen praktische Ratschläge zu geben!

Bernd Martiné ist seit 2013 Experte für Advanced Manufacturing Technologies bei GF Machining Solutions und verantwortlich für den Vertrieb und die Anwendungen im Bereich Additive Manufacturing in Deutschland. Heute leitet er verschiedene Industriezweige, die in Metalllösungen investiert haben, sei es für die Werkzeug- oder die Fertigteilproduktion. An seiner Seite steht Benny Buller, CEO und Gründer von VELO3D, ein Pionier im Bereich der additiven Fertigung mit Metall ohne Support. Dr. Johannes Gumpinger schließlich ist Advanced Manufacturing Process Engineer bei der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Er entwickelt Lösungen für die Anwendung der additiven Fertigung als Standardentwurfsprozess für Weltraummissionen.

Warum die additive Metallherstellung in Betracht ziehen?

Die 3D-Metalldrucktechnologien bieten im Vergleich zu den traditionellen Bearbeitungsmethoden mehr Komplexität und geometrische Freiheit und optimieren gleichzeitig das Gesamtgewicht des Teils dank einer angepassten Software, die es ermöglicht, nur das erforderliche Material zu verwenden. Die ESA, die seit mehr als 10 Jahren die additive Metallfertigung einsetzt, begann sich für Forschung und Entwicklung zu interessieren und fragte sich, wie man bei der Charakterisierung von Materialien und der Beständigkeit von Teilen weitergehen könnte. Heute erklärt Dr. Johannes Gumpinger: „Die große geometrische Freiheit kann effektiv genutzt werden, um Teile mit höherer Leistung, geringerer Masse, aber auch geringeren Kosten zu entwickeln.“

Diese Meinung wird von Bernd Martiné von GF Machining Solutions geteilt. Er sagt, dass Unternehmen die additive Metallfertigung in Betracht ziehen, wenn sie ihre Teile nicht mit konventionellen Verfahren herstellen können, insbesondere wenn es darum geht, das Verhältnis von Komplexität und Gewicht zu reduzieren. „In einigen Gruppen habe ich erlebt, dass das Management in Maschinen investiert hat, ohne bestimmte Teile zu drucken, sondern einfach nur, um ihre Mitarbeiter zu zwingen, über neue Designs nachzudenken und keinen neuen Trend zu verpassen“, fügt er hinzu.

3D-Druckteile von GF Machining Solutions

Benny Buller sagt, dass ein Unternehmen 3D-Technologien in Betracht ziehen sollte, wenn es die Produktleistung verbessern will und/oder wenn es mit einer unsicheren Lieferkette konfrontiert ist. Additive Manufacturing kann dann helfen, den Lagerbestand zu reduzieren, indem Teile auf Anfrage entworfen werden. Er fügt hinzu: „Unternehmen mit mittlerem/niedrigem Ersatzteilaufkommen, die unter Unsicherheiten in der Lieferkette sowie unter Qualitäts- und Preisproblemen leiden, sind ideale Kandidaten für die Einführung der additiven Fertigung“.

Wie wählen Sie Ihre Lösung für die additive Fertigung mit Metall aus?

Es gibt viele 3D-Metalldruckverfahren: Laserschmelzen, Abscheidung von Material unter konzentrierter Energie, durch MIM (für Metal Injection Molding) inspiriertes Verfahren, Kaltprojektion, usw., was die Wahl einer Maschine nicht erleichtert. Benny Buller rät, zunächst mit einem Dienstleister zusammenzuarbeiten und verschiedene additive Metallfertigungstechnologien zu testen: „Nutzen Sie für Ihre ersten Schritte und Tests Vertragshersteller oder Druckdienste; erwägen Sie einen Einsatz im eigenen Haus erst nach erfolgreichem Abschluss.“

Die Technologie von Velo3D ermöglicht es, komplexe Teile ohne den Einsatz von Medien zu drucken – Quelle: Velo3D

Die Wahl der Lösung hängt natürlich davon ab, was Sie produzieren und welches Material Sie verwenden wollen. Bei der ESA erklärt Johannes Gumpinger, dass man sich schnell „auf Maschinen umstellte, die in der Lage sind, wiederholt und wirtschaftlich Teile mit hohen mechanischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen. Für Raumfahrtanwendungen werden in der Regel Leichtlegierungen, Nickelbasis-Superlegierungen, Kupferlegierungen und Stähle benötigt.“ Auf der Werkstoffseite nimmt die Zahl der Metalle für die additive Fertigung weiter zu, und einige Verfahren werden besser in der Lage sein, alle diese Metalle zu verarbeiten, wie zum Beispiel die Pulverbetttechnologie. Bernd Martiné fügt hinzu: „Es gibt noch Raum für die Entwicklung neuer Materialien und Maschinen, aber für die meisten Branchen ist unser Unternehmen bereits in der Lage, eine Alternative zu ihren Standardmaterialien anzubieten.“

Erfolgreiche Integration der additiven Metallfertigung

Wenn Sie einen 3D-Drucker in Ihre Produktionslinie integrieren möchten, müssen Sie zunächst einmal die Art der Teile, die Sie entwerfen möchten, und die Art der Teile, die Sie damit herstellen möchten, festlegen: Möchten Sie Prototypen drucken, um die Produktentwicklung zu beschleunigen? Oder wollen Sie Werkzeuge zur Kostensenkung einsetzen? Fertigteile, um innovativer und effizienter zu sein? Man muss immer bedenken, dass die additive Metallherstellung nicht unbedingt die richtige Lösung ist, weshalb man unbedingt wissen muss, in welche Richtung man gehen will. Bernd Martiné fügt hinzu: „Unternehmen sollten nicht versuchen, Teile durch additive Fertigung zu produzieren, die bereits mit bestehenden konventionellen Technologien hergestellt werden können, da der 3D-Druck in den meisten Fällen teurer ist. Denken Sie stattdessen über die Grenzen der bestehenden Technologien nach. Wo könnten wir Funktionen hinzufügen und wie können wir die Komplexität reduzieren?“ Eine Vision, die von unserem Nutzer, der ESA, geteilt wird, die sagt: „Es ist notwendig, die Implementierung einer additiven Fertigungslösung für die Produktion sorgfältig zu planen und dabei alle Schritte des End-to-End-Prozesses zu berücksichtigen.“

Im Rahmen der Athena-Mission hat die ESA in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut eine optische Bank aus Titan in 3D gedruckt – Quelle: Fraunhofer IWS

Auch die Ausbildung ist eine Schlüsselkomponente für eine erfolgreiche Integration. Die Mitarbeiter müssen im Umgang mit der Maschine, der Software, aber auch in Nachbearbeitungstechniken geschult und an die Sicherheitsregeln erinnert werden. Sie handhaben keine Industriemaschine wie einen 3D-Desktopdrucker oder Metallpulver wie Kunststoff-Fadenspulen; es gibt bestimmte Risiken, die zu berücksichtigen sind, und es ist entscheidend, sie allen Benutzern der Maschine bekannt zu machen. Typischerweise hat GF „Kompetenzzentren“ in Europa, Asien und den Vereinigten Staaten eingerichtet, um die Ausbildung mit der richtigen Ausrüstung zu gewährleisten. Bernd Martiné erklärt, dass sie Workshops für „Kunden entwickelt haben, die einen Investitionsplan erstellt haben“. Wir bieten ihnen einen Überblick über die Technologie. „Auch als Anwender ist es wichtig, mit den neuesten Marktentwicklungen und den wachsenden Technologien Schritt zu halten.“ Johannes Gumpinger erklärt, „dass die Mitarbeiter der ESA an Konferenzen und Ausbildungskursen teilnehmen, Forschung betreiben und veröffentlichen und auch selbst Konferenzen und Workshops organisieren.“

Schließlich beginnt eine gute Integration bereits in der Entwurfsphase und nicht erst in der Produktionsphase: Man muss „an den 3D-Druck denken“, wie Bernd Martiné erklärt. Eine erfolgreiche Integration beinhaltet Lernphasen, daher ist es notwendig, allmählich zu beginnen, mehrere Dinge zu testen, bevor man in die Produktion geht. Benny Buller schlussfolgert: „Beginnen Sie mit dem 3D-Druck bestehender Teile, ohne etwas neu zu konstruieren, um zu verstehen, ob der technologische Prozess zuverlässig ist.“

Unterstützung der Ariane-Trägerrakete in 3D gedruckt – Quelle: ESA

Weitere Informationen über die von GF Machining Solutions angebotenen additiven Metallbearbeitungslösungen finden Sie HIER und Velo3D HIER.

Bildnachweis Titelbild : Velo3D

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