Additive Fertigung Drei Gründe für 3D-Druck in der Serienproduktion

Von Stefan Holländer

Flexibilität und Individualisierung sind die neuen Herausforderungen für die Serienproduktion. Mit dem 3D-Druck können auch KMU besser darauf reagieren.

Anbieter zum Thema

Flexibel auf den Markt und seine wechselnden Anforderungen zu reagieren wird auch in der Serienproduktion immer wichtiger. 3D-Druck ist dabei ein Faktor, mit dem auch KMU die Ansprüche erfüllen können.
Flexibel auf den Markt und seine wechselnden Anforderungen zu reagieren wird auch in der Serienproduktion immer wichtiger. 3D-Druck ist dabei ein Faktor, mit dem auch KMU die Ansprüche erfüllen können.
(Bild: Formlabs)

Bis eine Serienproduktion richtig läuft, passiert einiges. Zunächst müssen Prototypen entwickelt, getestet und verbessert werden. Dann werden die passenden Werkzeuge gebaut. Die sind meistens sehr teuer. Das alles braucht Zeit. Doch der Markt und die Nachfrage verändern sich rasant. Zusätzlich geht der Trend in Richtung Flexibilität und Individualisierung. Schnelle Anpassungen und Produktumstellungen kommen immer häufiger vor.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Die Additive Fertigung vereinfacht diese Prozesse und eignet sich sogar für eine Serienproduktion. Sie wird bereits bei Unternehmen beispielsweise aus dem Medizinsektor oder der Consumerbranche eingesetzt, um Produkte kostengünstig, inhouse skalierbar und on demand herstellen zu können. Sowohl grosse Produktionen als auch der Mittelstand profitiert von den additiven Verfahren. So müssen Modelle und Bauteile mit einem Desktop-3D-Drucker nicht mehr bestellt, sondern können direkt vor Ort in wenigen Stunden oder gar Minuten gedruckt werden. Mehrere zusammengeschlossene Drucker können dabei eine Produktionsstrasse bilden. Der digitale Workflow hat das Potenzial, die Fertigung zu verändern und verspricht eine schnellere Markteinführung, eine höhere Flexibilität und mehr Individualisierung.

Wissen ist Wettbewerbsvorteil!

Bleiben Sie auf dem Laufenden: Mit unserem Newsletter informiert Sie die Redaktion der SMM Schweizer Maschinenmarkt immer dienstags und freitags zu Themen, News und Trends aus der Branche.

Jetzt abonnieren!

1. Additive Fertigung verkürzt die Markteinführung

In Branchen mit hohem Konkurrenzdruck kann die Markteinführungszeit über den Erfolg eines Produktes entscheiden. Daher ist die Entwicklungszeit von Prototypen und Endverbrauchteilen in der Serienproduktion massgeblich. Eine traditionelle Werkzeugausstattung kann die Durchlaufzeit enorm beeinflussen sowie viel Zeit und Geld kosten. Durch 3D-Drucker können Prototypen und Endverbrauchteile meistens direkt gedruckt werden. Teure, traditionelle Werkzeuge sind oft nicht nötig. Die Markteinführungszeit verkürzt sich. Werden Werkzeuge doch benötigt, lassen sie sich mit dem 3D-Druck günstig und massgefertigt herstellen. Ein Beispiel sind massgefertigte 3D-gedruckte Formen für den Spritzguss. Bei einer Kleinserienfertigung (10 bis 100 Teile) ermöglichen die 3D-gedruckten Formen eine agile Fertigungsweise. Ingenieure und Designer können so Formen problemlos anpassen und Designs von funktionsfähigen Endverbrauchteilen iterieren.

Ergänzendes zum Thema
Podcast: Wann kommt die Serie mit Additiver Fertigung?

In der Podcast-Reihe „Wann kommt die (Gross-)Serie mit Additiver Fertigung?“ spricht Fachredakteurin Simone Käfer von unserer Partnermedienmarke "Konstruktionspraxis" unter anderem mit Vertretern von HP, Oerlikon AM und VW. Druckerhersteller, Auftragsfertiger und Automobilhersteller erzählen, was aus ihrer Sicht ein 3D-Drucker können muss, damit man mit ihm Serie produzieren kann; ob Grossserie überhaupt noch zeitgemäss ist, wenn man per Additiver Fertigung auch leicht individualisieren kann; oder wie sich die Additive Fertigung im Vergleich zu Spritzguss und Zerspanung schlägt. Hören Sie rein.

Das Unternehmen Braskem entwickelte mithilfe eines 3D-Druckers und einer Spritzgiessmaschine eine massgefertigte 3D-gedruckte Form aus dem hitzebeständigen Kunstharz von Formlabs „High Temp Resin“ und fertigte pro Schuss zwei Bänder für Masken. Über das Rapid Prototyping konnte das Unternehmen tausende von Bändern für Masken herstellen und somit die globale Belegschaft in der Pandemie schützen, ohne dabei auf eine teure, outgesourcte Metallform angewiesen zu sein. Schuss folgte auf Schuss und schnell stapelte sich ein Berg aus Bändern. Ein flexibles Polypropylen mit geringer Viskosität wurde in die Form gespritzt, um den Druck im Hohlraum zu verringern und die Lebensdauer des 3D-Druckteils zu verlängern. Das Team von Braskem war erstaunt, wie Spritzguss das Potenzial von 3D-Druckern über das Rapid Prototyp­ing erweiterte und für die Serienproduktion nutzbar machte.

2. 3D-Drucker schaffen Flexibilität

Grosse Investitionen in teure Werkzeuge und Fertigungsmaschinen machen die Umstellung einer Produktion behäbig und kostenintensiv. Der Flexibilität sind Grenzen gesetzt, denn kleine Änderungen und Anpassungen sind in der Serienproduktion ohne grossen Aufwand kaum möglich. Für Branchen, in denen eine schnelle Anpassung auf Marktveränderungen Vorteile bringt, kommt es daher darauf an, ein geeignetes Mittel für eine flexible Herstellung zu finden. Die Additive Fertigung steht für Vielseitigkeit und Flexibilität.

Desktop-3D-Drucker sind sehr kompakt, ihre Standfläche ist etwa so gross wie ein DIN A3 Blatt. Sie können daher wesentlich leichter auf- und abgebaut werden als grosse Maschinen. In den 3D-Druckern von Formlabs befindet sich ein Tank, der mit einem flüssigen Kunstharz gefüllt ist. Welches Material verwendet wird, bestimmt dabei der Anwendungsbereich des Produkts. Es gibt besonders schlagresistente, flexible oder temperaturbeständige Werkstoffe. Auch für die Zahnmedizin oder den Maschinenbau gibt es spezifische Kunstharze. 

Im Unterschied zu herkömmlichen Methoden bietet die Additive Fertigung grosse Vorteile: Die Produkte werden in einer CAD-Software designt und können dort angepasst und verändert werden. Ein Vorteil der Desktop-Drucker: Sie erfordern keine grossen Investitionen. So können Unternehmen mit wenigen Druckern beginnen und je nach Bedarf weitere weitere Geräte hinzukaufen. Im Unterschied zu grossen industriellen 3D-Druckern können die Desktop-Drucker sehr schnell eingerichtet und somit schnell an die Produktion angeschlossen werden.

3. Additive Fertigung ermöglicht Individualisierung

Schnelle Fluktuation bei der Nachfrage nach verschiedenen Produkten kann sehr problematisch für Unternehmen sein, die bereits in teure Werkzeuge investiert haben. Das macht Produktumstellungen langsam und teuer.

Der Rasierklingenhersteller Gillette hat auf den zunehmenden Druck der Direktvertriebsmarken reagiert und den Razor Maker eingeführt. Das ist eine Plattform zum Designen und zur Fertigung individuell angepasster und limitierter Griffe für Rasierer. Kunden können so online ihre eigenen Rasiergriffe gestalten. Dabei wird per Stereolithografie (SLA) gefertigt. Verschiedene Kunstharze können flexibel ausgetauscht werden. Beim Druck fliesst das flüssige Kunstharz in einen Tank und wird dort mit UV-Strahlen gehärtet. Zu Beginn des Drucks fährt eine Druckplattform herunter, bis sie mit dem Kunstharz abschliesst. Anschliessend härtet der Laser Schicht für Schicht das Produkt aus dem flüssigen Harz. In diesem Prozess taucht die unterste Schicht immer wieder in das Kunstharz ein, sodass ein nahtloser Druck möglich ist. Mit der grossen Auswahl an Druckmaterialien bot das SLA-Verfahren die idealen Voraussetzungen für den Druck von individuellen Griffen. Ausserdem konnte die Produktion an den Bestelleingang angepasst werden. Wenn die Nachfrage nach einem bestimmten Design wuchs, wurde die Produktion sofort skaliert. Damit zeigt Gillette, wie sich ein Unternehmen von der Konkurrenz abhebt, indem es per 3D-Druck in Echtzeit auf die Nachfrage reagiert.

Auch Turnschuhhersteller New Balance hat sich die Möglichkeiten der Additiven Fertigung zunutze gemacht. Das eigens für das Unternehmen entwickelte Hochleistungsharz bietet als Teil der Schuhsohle die Unterstützung und Federung, die Athleten benötigen. Das Material besitzt eine fünffache Reissfes­tigkeit, die dreifache Zugfestigkeit und die doppelte Dehnung gegenüber anderen Elastomeren für die Serienproduktion. Die Herstellung neuer Kunstharze ermöglicht es New Balance, ohne zusätzliche Investitionen den 3D-Druck für die Serienproduktion zu nutzen. Mit dem betriebsinternen 3D-Druck kann New Balance verschiedene Teile des Schuhs je nach Bedarf für das jeweilige Modell drucken.

Buchtipp

Das Buch "Additive Fertigung" beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Es richtet sich an Konstrukteure und Entwickler, um eine erfolgreiche Implementierung additiver Verfahren in ihren Unternehmen zu unterstützen.

Mehr erfahren bei Vogel Fachbuch

Die Zukunft der Serienproduktion mit additiver Fertigung

Die Additive Fertigung spielt eine transformative Rolle in der Serienproduktion.

  • Sie erleichtert und beschleunigt die Entwicklung und Produktion von innovativen Produkten.
  • Durch den einfachen Workflow mit einem 3D-Drucker kann die Produktionszeit von Objekten deutlich verkürzt werden.
  • Die Herstellung ist kostengünstig und findet vor Ort statt.
  • Lieferketten können so angepasst werden, dass entweder ein einzelner Drucker oder eine gesamte Produktionsstrasse mit 3D-Druckern für eine reibungslose Lieferkette sorgt.
  • Massgefertigten Konsumgütern bis hin zur Erstellung von Montagevorrichtungen, Ausstattungen und Werkzeugen sind mit Additiver Fertigung einfacher umzusetzen.

Dieser Beitrag kommt von unserem Partnerportal konstruktionspraxis.vogel.de

* Stefan Holländer ist Managing Director EMEA bei Formlabs.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:47962819)