Wissenschaft

Zukunft additiver Fertigung

| Autor / Redakteur: Konrad Wegener, Adriaan B. Spierings, Thorsten Heeling / Luca Meister

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(Bild: IWF ETH)

Die Fertigungstechnik ist um eine neue Verfahrensgruppe reicher: Die additive Fertigung (AM, Additive Manufacturing) ermöglicht die Herstellung von Geometrien, die subtraktiv, d.h. abtragend, nicht möglich sind. Von den circa 100 verschiedenen Verfahrensvarianten dieser Gruppe erscheinen bisher nur wenige als industrielle Fertigungsverfahren geeignet. Die eröffnen aber spannende Perspektiven.

Die additiven Verfahren gehören nach DIN 8580 zu den urformenden Fertigungsverfahren. Aufgrund ihrer Alleinstellungsmerkmale befinden sich AM-Verfahren derzeitig in stürmischer Entwicklung. Allerdings besteht auch erheblicher Handlungsbedarf: Aufbaurate, Genauigkeit, Oberflächeneigenschaften, Werkstoffe und Prozessfenster, Integration in Prozessketten, Prozessplanung und Qualitätssicherung sind Themen, auf denen gearbeitet werden muss.

1. Einleitung

Additive Fertigung (AM) ist der Shooting Star am Horizont der Fertigungsverfahren. Ursache sind Fähigkeiten der Verfahren, die kein subtraktives Verfahren (Zerspanung) bieten kann (Beispiele sind in Bild 2 gezeigt). Leicht wird übersehen, dass die Verfahren aus dem Rapid Prototyping stammen, in dem bestimmte Eigenschaften einfach keine Rolle spielen. Daher sind viele der existierenden circa 100 Varianten der additiven Fertigungsverfahren nicht geeignet, industriell eingesetzt zu werden, weil sie einerseits spezielle Materialien verwenden, die Alterungserscheinungen unterliegen, andererseits weil sie die Festigkeitswerte, die mit den gleichen Materialien auf konventionelle Art erreicht werden, weit verfehlen. Die verbleibenden industriell einsetzbaren Verfahren sind im Metallbereich das Selective Laser Melting (SLM), das Direct Metal Deposition (DMD), das Electron Beam Melting (EBM) und im Kunststoffbereich das Selective Lasersintering (SLS) und schon mit deutlicher Einschränkung das Fused Deposition Modelling (FDM).

Gemeinsam ist allen diesen Verfahren, dass sie die Geometrie schichtweise oder volumenelementweise aus unstrukturiertem Stoff wie Pulver oder Flüssigkeiten aufbauen und daher nach DIN 8580 zu den Urformverfahren gehören. Häufig werden diese Verfahren unter dem Begriff 3D-Printing subsumiert, was allerdings falsch ist, da 3D-Printing eine eigene Verfahrensvariante des AM ist, und diese Variante heute immer noch nur sehr begrenzt industriell genutzt werden kann. Während die Alleinstellungsmerkmale von AM zu grossen Visionen Anlass geben, müssen die noch existierenden Einschränkungen gemildert bzw. beseitigt werden, was derzeitig zu einer stürmischen Entwicklung der Verfahren führt und sicher auch zu einigen Enttäuschungen Anlass geben wird. Aufbaurate, Genauigkeit, Oberflächeneigenschaften, Werkstoffe und Prozessfenster, Integration in Prozessketten, Prozessplanung und Qualitätssicherung sind Themen, an denen mit Hochdruck gearbeitet wird. Im Folgenden werden ausschliesslich Metallverfahren diskutiert, obwohl die meisten AM-gefertigten Bauteile immer noch Kunststoffteile sind.

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