Additive Fertigungsverfahren erobern sich ihren Platz in der industriellen Produktion. „Sie sind jedoch in den meisten Fällen kein Ersatz für konventionelle Technologien, sondern vielmehr eine Erweiterung und Ergänzung zu klassischen Verfahren. In der Kombination wird es somit möglich, bisher bestehende Grenzen herkömmlicher Materialkonstellationen und Prozesse zu überwinden“, betont Prof. Dr. Frank Brückner vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden.
Solche intelligenten Kombinationen und ihre Anwendungsfelder stehen im Mittelpunkt von Sonderschau und Fachforum „Additiv + Hybrid – Neue Fertigungstechnologien im Einsatz“, die vom 5. bis 8. Februar 2019 im Rahmen der Industriemessen Intec und Z in Leipzig stattfinden. In den verschiedenen Sessions des Fachforums beleuchten Experten aus Industrie und Forschung unter anderem neue Möglichkeiten der Funktionsintegration, die Technologieauswahl unter Wirtschaftlichkeitsaspekten, Verfahren zur Qualitätssicherung sowie Vorteile durch neue Materialkonzepte und Multimaterial-Fertigung.
Im letztgenannten Bereich liegt die berufliche Heimat von Prof. Brückner. Aus der Symbiose zwischen Beschichtungstechnik und Werkstoff-Know-how entwickelt sein Team im Geschäftsfeld Generieren und Drucken am Fraunhofer IWS beispielsweise filigrane, additiv gefertigte Mikrostrukturen, mit denen sich die Lebensdauer von Flugzeugtriebwerken verlängern lässt und die dazu beitragen, dass Kerosinverbrauch sowie Schadstoffausstoß beträchtlich sinken. Anwendungen aus der Luft- und Raumfahrt, aber auch additiv hergestellte Komponenten für den Maschinenbau, die bereits in Serie sind, sowie Beispiele für die Energietechnik stellt das Fraunhofer IWS in Sonderschau und Fachforum im Rahmen der Intec und Z 2019 vor.
Sie sind zum Teil in enger Zusammenarbeit mit dem Konsortium AGENT-3D entstanden. In diesem bundesweiten Strategieprojekt arbeiten Unternehmen und Forschungseinrichtungen unter Führung des Fraunhofer IWS daran, Deutschland die Technologieführerschaft in den zentralen Bereichen der additiv-generativen Fertigung zu sichern. „Durch additive Technologien wird es beispielsweise möglich, schwer zerspanbare Materialien zu bearbeiten. Ebenso lassen sich aufbauende und abtragende Verfahren als auch verschiedene Werkstoffe miteinander kombinieren. Aus diesen Verbindungen können relativ rasch komplexe topologieoptimierte und endkonturgenaue Bauteile geschaffen werden und das bei reduziertem Materialeinsatz“, erläutert Prof. Brückner und verweist auf weitere Vorteile der Multimaterial-Fertigung wie die effiziente Verbindung von Verschleiß- und Korrosionsschutz oder das Einbringen elektrischer Leitfähigkeit in Bauteile durch neue Verfahrens- bzw. Materialkombinationen.
„Ausgangspunkt muss immer sein, den besten Weg für die Fertigung eines Teiles zu wählen und zu schauen, ob der Einsatz additiver Verfahren zu Verbesserungen beim Produkt und im Prozess führt. Wenn die konventionelle Variante sich als günstiger erweist, dann sollte diese angewendet werden“, benennt Prof. Brückner eine wesentliche Voraussetzung für die wirtschaftliche Nutzung des Additive Manufacturing.
TRUMPF: Vorteile für den mittelständischen Werkzeug- und Formenbau erschließen
Vorteile bieten additive Verfahren beispielsweise für den Werkzeug- und Formenbau. Diese Branche adressiert der führende Werkzeugmaschinen- und Laserhersteller TRUMPF mit seinem Auftritt in Leipzig und stellt insbesondere die Vorzüge einer konturnahen Temperierung mittels 3D-gedruckter Werkzeug- bzw. Formeneinsätze sowohl beim Metallguss als auch beim Kunststoffspritzguss vor. Die additiv gefertigten Kühlkanäle in diesen Einsätzen erlauben es, nahezu jeden zu temperierenden Bereich direkt an der Kontur zu erreichen. Daraus resultiert ein thermisch stabiles und weniger störanfälliges Werkzeug. Kürzere Zykluszeiten, reproduzierbare optimierte Prozesse und letztlich eine hohe Bauteilqualität sind wesentliche Effekte dieses aktiven Temperierens.
Ebenso werden damit Ressourcen wie Energie und Wasser eingespart. Die Experten für Additive Manufacturing bei TRUMPF sehen vor allem bei kleinen und mittleren Werkzeug- und Formenbauern noch viel Potenzial, sich für innovative 3D-Druck-Technologien zu öffnen und mit konventionellen Herstellungsverfahren zu kombinieren. Sie unterstützen den Wissens- und Technologietransfer in den Mittelstand nicht zuletzt mit ihrer Präsentation auf der Intec. Während am Messestand von TRUMPF das Thema konturnahes Kühlen durch Additive Manufacturing für den Kunststoffbereich im Mittelpunkt steht, werden auf der Sonderschau die Aspekte zum Metallguss dominieren.
MM3D: Multi-Material-Leichtbauprodukte effizient fertigen
Neue Wege zur effizienten Fertigung von Multi-Material-Leichtbaustrukturen und
-Werkzeugsystemen beschreiten acht KMU und zwei Institute der TU Dresden im Projekt MM3D. Über Ziele und Vorgehensweisen werden Vertreter im Fachforum berichten. Initiator des Vorhabens ist der CC Ost im Carbon Composites e.V. (CCeV). Abteilungsgeschäftsführer Dr. Thomas Heber verweist darauf, dass aus der Kombination von neuartigen Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffen mit klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Metallen – dem sogenannten Multi-Material-Design MMD – ein deutlich wachsendes Anwendungsspektrum für Hightech-Leichtbauprodukte resultiert.
„Um unterschiedliche Produktionsmengen auch wirtschaftlich zu fertigen, sind effiziente Herstellverfahren notwendig. Die intelligente Zusammenführung der drei Technologiebereiche additive Fertigung, Herstellung von Faserverbundstrukturen und abtragende bzw. umformende Metallverarbeitung führt für die beteiligten Projektpartner zur gemeinsamen Kernkompetenz, serientaugliche Multi-Material-Bauteilstrukturen generativ zu produzieren“, betont Dr. Heber und ergänzt: „Neben der technologischen Innovation erproben wir auch ein neues Herangehen an die Organisation der Produktion. Mit unternehmensübergreifenden Entwicklungs- und Fertigungsvereinigungen wollen wir lückenlose regionale Wertschöpfungsketten innerhalb einer ‚Shared Factory‘, einer verteilten Fabrik, schaffen.“
Rapidobject: Mit 3D-Druck Unsichtbares sichtbar machen
Die Beratung für die richtige Material- und Verfahrenswahl in der additiven Fertigung gehört zu den Kompetenzen der Rapidobject GmbH Leipzig. Der 3D-Druck-Dienstleister verfügt über mehr als zehn Jahre Erfahrung auf diesem Technologiefeld und bietet von der Idee bis zum fertigen Teil alle Leistungen in dieser Produktionskette aus einer Hand an. Auf der Sonderschau während der Intec und Z 2019 gibt das Unternehmen einen Einblick in sein Portfolio. Rapidobject beherrscht eine Vielzahl an Verfahren für die Herstellung von Prototypen, Ersatzteilen und Kleinserien in verschiedenen Kunststoffen und Metallen.
Zum Spektrum gehören weiterhin die 3D-Datenerstellung, diverse Veredlungs- und Finishing-Prozesse sowie die Prozesse der Qualitätssicherung mit Hilfe taktiler 3D-Koordinatenmesstechnik und optischer Prüfungen. Gefragt sind diese Leistungen unter anderem in der Automobilindustrie, im Maschinenbau sowie für weitere Industrieanwendungen.
Firmen nutzen den werkzeuglosen 3D-Druck aber auch zunehmend, um Messemodelle herstellen zu lassen. Damit werden sehr detailgetreue, filigrane und komplexe Ausstellungsstücke möglich, welche in weiteren Prozessschritten, zum Beispiel durch Färben und Lackieren, veredelt werden. „Der 3D-Druck macht sichtbar, was bei anderen Produktionsverfahren unsichtbar bleiben würde“, erklärt Petra Wallasch. Die Geschäftsführerin hofft auf großen Zuspruch während des Leipziger Messeduos: „Die Sonderschau ist eine gute Gelegenheit, um ein internationales Fachpublikum auf uns aufmerksam zu machen und weitere Kunden zu gewinnen.“
Unternehmen wie FRANKEN, Sandvik Coromant, SLM Solutions oder Oerlikon Citim gehören ebenfalls zu den Ausstellern bzw. Vortragenden von Sonderschau und Fachforum „Additiv + Hybrid – Neue Fertigungstechnologien im Einsatz“ im Rahmen der Intec und Z 2019.
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