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3D-Druck in der Fertigung – ein Überblick

Lesezeit: 4 Minuten Der 3D-Druck ist eine der revolutionärsten Techniken der vergangenen Jahre. Bestimmte Materialien können bei dieser Technik genutzt werden. Das eignet sich für Hobbybastler mit kleinen Ausführungen der Drucker, genauso wie für große Unternehmen. Diese können einzelne individuelle Teile damit drucken und in großen Stückzahlen herstellen.

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3D-Druck in der Fertigung – ein Überblick

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Für Unternehmen ergeben sich dabei in der Vorbereitung insbesondere Vorteile, da die Herstellungsprozesse sehr gut optimiert werden können – bei gleichzeitig geringen Kosten und Produktionsvorteilen. Es wird ersichtlich, welchen Stellenwert der 3D-Druck zunehmend einnimmt und weshalb die Verfahren verstärkt im Fokus einer Weiterentwicklung stehen – im Folgenden finden sich weitere Ausführungen zu Thema.

Rapid Prototyping – was ist das?

Ein wichtiger Bestandteil des modernen Modellierens ist das CAD. Dieses bedeutet im Grunde genommen einfach nur, dass einzelne Bauteile, aber auch gesamte Konstruktionen am Computer modelliert werden. Dieses Verfahren ist auch ein wichtiger Bestandteil des Rapid Prototypings. Auf diesem Vorgehen basierend, werden dabei Prototypen hergestellt. Das Rapid Prototyping bedeutet im Grunde genommen nämlich nichts anderes, als die Optimierung der Modelle – schnell, effektiv und kostengünstig. Somit wird ein Ausgangsmodell mithilfe des CAD-Verfahrens hergestellt, welches den ersten Prototyp darstellt.

Daran können erste Tests und Bestandsproben durchgeführt werden. Bei dieser Fehlersuche werden diese Fehler dann möglichst genau dokumentiert, um sie später auszubessern. Das Rapid Prototyping beschreibt dadurch diesen Prozess, der bis zur Optimierung des Produkts immer wieder durchgeführt wird. Beim 3D-Druck lassen sich diese Fehler nicht nur einfach finden, die neuen Prototypen können zudem schnell, einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Die nachfolgende Tabelle gibt dazu einen Überblick über die aktuellen Vor- und Nachteile des 3D-Drucks:

Innovation durch 3D-Druck

Vorteile des aktuellen 3D-Drucks

Nachteile des aktuellen 3D-Drucks

  • Herstellung ohne großen finanziellen Aufwand
  • Herstellung ohne physische Formen
  • vielfältige Materialien möglich
  • unterschiedlichste Formen mit hoher Komplexität möglich
  • detailreiche Darstellung
  • fehlende Studienlage in Bezug auf Massenfertigung
  • hohe Kosten je nach Material
  • phasenweise noch mit Schwierigkeiten gegenüber herkömmlichen Verfahren verknüpft

Für die Unternehmen eröffnet dieses Verfahren viele neue Möglichkeiten. Es ist nicht nur möglich, die Produkte immer weiter zu verbessern, sondern es ergibt sich auch die Möglichkeit, viele verschiedene Prototypen zu testen. Das ist besonders bei kleinen Bauteilen praktisch, da die Kosten dabei sehr gering sind. Auch für Designtests eignet sich dieses Verfahren dementsprechend gut, da die Funktionalität meist nicht mehr getestet werden muss und daher das Design unterschiedlichen Anforderungen gerecht wird. Generell ist aber der Zeitfaktor der ausschlaggebende Faktor.

Wo wird der 3D-Druck bereits jetzt eingesetzt?

Der 3D-Druck ist mit verschiedenen Verfahren und verschieden ausgerichteten Druckern dazu in der Lage, Objekte von unterschiedlichen Größen und mit verschiedenen Zwecken herzustellen. Dabei besitzt der 3D-Druck zu diesem Zeitpunkt zwar für jede dieser Kategorien eine unterschiedliche Relevanz und einen unterschiedlichen Stellenwert, Beispiele aus der Praxis zeigen die Vielfalt.

  • Medizintechnik

In der Medizintechnik spielt der 3D-Druck eine zunehmende Rolle, in allen Facetten. Beispielsweise in der Zahnmedizin ist dieses Verfahren immer weiter voranschreitend, da sich Füllungen und Kronen somit deutlich billiger und sehr einfach herstellen lassen. Generell spielt das Herstellen von "Ersatzteilen" für den Körper eine große Rolle. Es lassen sich auch Prothesen und einige Implantate herstellen. Die Forschung ist dabei auch auf Mikroebene sehr fortschrittlich. Ein weiterer wichtiger Aspekt in der Medizin ist das Herstellen von Übungsobjekten, die dabei helfen können sich auf einen komplexen Eingriff vorzubereiten.

  • Haushaltsgegenstände

Von der Relevanz noch nicht so bedeutsam wie bei anderen Anwendungsbereichen, aber dennoch für Jedermann von Bedeutung ist die Herstellung von einfachen Haushaltsgegenständen. Die meisten Produkte ließen sich zwar bereits in der Vergangenheit schon billig und in großen Mengen fertigen, allerdings eröffnet der 3D-Druck auch hier neue Möglichkeiten. Besonders ausgefallene Designs, beispielsweise bei Lampen, können von Herstellern somit viel einfacher angewendet und getestet werden.

  • Transport und Mobilität

Viele Module im Bereich Mobilität, beim Fahrzeugbau etwa, entstehen durch 3D-Druck. Ein gutes Beispiel ist der Druck von Fahrradteilen. Besonders Ersatzteile lassen sich schnell und einfach fertigen. Aber auch beim Gewicht kann viel gespart werden. Bei komplexeren Fahrzeugen wie Autos oder sogar Flugzeugen, kommt der 3D-Druck auch schon zum Einsatz. Dabei werden aber in erster Linie Kleinteile, wie beispielsweise Kanäle gefertigt. Vorteile ergeben sich auch bei bestimmten Materialmischungen.

Was wird in Zukunft noch möglich sein?

Die Grenzen scheinen schier unendlich zu sein und so finden sich unzählige Visionen im Bereich des 3D-Drucks. Allerdings ist bei vielen dieser Visionen abzuwarten, inwieweit sich diese für die Massenproduktion eignen. Besonders die Verbindung mit anderen Technologien wird dabei interessant sein. So wurden beispielsweise bereits Schuhe aus dem 3D-Drucker getestet, die den Nutzer von alleine zum Ziel führen, indem GPS verwendet wird. Dabei handelt es sich aber zurzeit noch um eine Vision, von der noch nicht gesagt werden kann, ob sie wirklich Zukunft hat. Ähnliches gilt auch für ein in China durchgeführtes Projekt, bei dem ein ganzes Haus mit einem 3D-Drucker hergestellt wurde.

Möglicherweise erfolgreicher und praktisch besser anzuwenden sind bereits verschieden getestete Produkte in der Fertigung von Autos. Komplette Karosserien sollen in Zukunft möglich sein, um leichte, moderne und billige Autos zu fertigen. Generell ist bei der Zukunftsbetrachtung dieser Technologie noch vieles ungewiss, da sich in der industriellen Fertigung oftmals Verzögerungen ergeben – Massenproduzenten geben hier den Ton an.

3D-Druck in der Fertigung – ein Überblick
Mitunter lassen sich Prothesen irgendwann per 3D-Druck herstellen. Die heutigen Drucker können aus CAD-Zeichnungen bereits Anweisungen ableiten und daraus Modelle fertigen.

Fazit

Die Herstellung von verschiedensten industriell gefertigten Produkten wird durch den 3D-Druck immer weiter revolutioniert. Besonders die Optimierung von Produkten und von Fertigungsprozessen spielt dabei eine wichtige Rolle. Es ist zu erwarten, dass viele klassische Fertigungen durch den 3D-Druck mindestens unterstützt werden. Ausschlaggebend wird sein, wie hoch das finanzielle Einsparpotential wirklich ist und ob sich eventuell auch ganz neue Ideen auf diese Weise umsetzen lassen. Dies muss jedoch die Zeit zeigen – die Voraussetzungen und das Umfeld stimmen jedenfalls.

Bildquellen:
Abbildung 1: © Pixaline (CC0-Lizenz)/ pixabay.com
Abbildung 2: © muklinika (CC0-Lizenz)/ pixabay.com

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