Prozessablauf, Produktion, Definition & Vorteile der additiven Fertigung | 3D-Druck
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Die additive Fertigung bzw. der 3D-Druck ist eine Fertigungstechnologie zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von Bauteilen in kleinen Stückzahlen.
Alle additiven Fertigungsverfahren arbeiten Schichtweise, was den entscheidenden Vorteil mit sich bringt.Das hergestellte Modell wird dabei direkt aus den 3D CAD-Daten hergestellt. Somit ist keine aufwendige Programmierung oder ein Werkzeug notwendig.
Im ersten Schritt der digitalen Prozesskette wird das Modell in Schichten zerlegt. Dies wird als Slicing bezeichnet.
Darauffolgend werden diese Slices mit einer vordefinierten Strategie mit Werkzeug- bzw- Laserdaten gefüllt, was als Hatching bekannt ist.
Diese Informationen werden in einem G-Code an die 3D-Druck Maschine transferiert und der Fertigungsprozess wird gestartet.
Zusätzlich zu den Werkzeugwegen werden eine Vielzahl an Prozessparametern benötigt, wie Schichtstärke, Geschwindigkeit, Temperatur, usw.Die Anlage produziert dabei jeweils eine Schicht und anschließend wir die Bauplattform um eine Schichtstärke gesenkt. So druckt die Maschine jede einzelne Schicht, bis das Bauteil aus dem Bauraum entnommen werden kann.
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→ Produktion
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Die geometrische Komplexität des Modells spiel aufgrund des Schichtaufbaus keine Rolle.
Dies ist der große Vorteil, der genutzt werden kann um technisch sowie wirtschaftlich einen Mehrwert zu generieren.Verglichen mit konventionellen Fertigungsverfahren benötigt der 3D-Druck nur die wirklich benötige Materialmenge. Somit ist die additive Fertigung ein sehr wirtschaftlicher und nachhaltiger Prozess.
Im besten Fall ist eine direkte Umsetzung von virtuellen Daten in ein reales Modell in kürzester Zeit möglich.
Die Prozesskette der additiven Fertigung bietet dabei eine sehr hohe Flexibilität und vor allem Geschwindigkeit.Die Herstellung der Modelle erfolgt in einem automatisierten Prozess, welcher oftmals mehrere Stunden und Tage dauert. Verglichen zu einer konventionellen Fertigung mittels Spritzguss ist dies jedoch eine sehr kurze Zeitspanne. Besonders bei Klein- und Mittelserien bietet der 3D-Druck enorme wirtschaftliche Vorteile und Potenziale.
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→ Vorteile
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Folgende Punkte sollten stets berücksichtigt werden, um den maximalen Nutzen der additiven Fertigung zu erzielen:
Komplexität
Die Fertigung von Modellen sind unabhängig von der geometrischen Komplexität des Modells
Entwicklung
Der Produktentwicklungszyklus wird durch die Geschwindigkeit und Flexibilität enorm beschleunigt
Kontrolle
Ständige Kontrolle der Konstruktion bezüglich Funktion, Montierbarkeit und Design in allen Phasen
Direkt in 3D
Bauteile werden werkzeuglos direkt aus den 3D-CAD-Daten aufgebaut
Flexibilität
Konstruktive Änderungen am Design können jederzeit unkompliziert umgesetzt werden
Individualisierung
Individualisierte Bauteile sind für die additive Fertigung keine Herausforderung
Im Kontext des 3D-Drucks kann zwischen verschiedenen Arten der Herstellung unterscheiden werden:
Rapid Prototyping
Als Rapid Prototyping wird die Herstellung von Prototypen zur Überprüfung des Designs, der Funktion, der Bedienbarkeit oder der Proportionen des Modells bezeichnet.
Speziell im frühen Stadium des Produktentwicklungsprozesses sind Prototypen ein enorm wichtiges Hilfsmittel zur Funktions- und Designüberprüfung eines Produkts.
Somit entsteht bereits früh ein sehr tiefgehendes Produktverständnis und ermöglicht somit eine schnelle konstruktive Anpassung des Modells.
Falls die Modelle eine bestimmte Optik und Haptik aufweisen müssen, kann dies ebenfalls mittels 3D Druck realisieren werden.
Je nach Stadium des Produktentwicklungsprozesses werden unterschiedliche Anforderungen an den Prototypen gestellt.
Rapid Manufacturing
Als Rapid Manufacturing wird die Herstellung von Endnutzerbauteilen bezeichnet.
Dabei werden Bauteile für den Einsatz in der Endanwendung hergestellt, welche die vollständigen Anforderungen an Funktionalität und Optik erfüllen.
Vor allem bei Kleinserien stellt der 3D-Druck einen enormen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren dar.
Es fallen keinerlei Wartezeiten oder Kosten für ein Werkzeug an, da das Modell direkt aus den 3D-Daten aufgebaut wird.
Konstruktive Anpassungen an Geometrie oder eingesetzten Werkstoffs können problemlos zu jedem Zeitpunkt in die Fertigung eingebunden werden. Individualisierte Modelle sind ebenfalls im Bereich des Möglichen.
Somit kann für jeden Kunden ein personalisiertes Bauteil hergestellt werden..
Ein weiterer Aspekt der additiven Fertigung ist die Designfreiheit, welche der schichtweise Aufbau mit sich bringt.
Somit muss bei der Konstruktion deutlich weniger Fertigungsrestriktionen berücksichtigt werden.
Die Funktionsintegration und Zusammenführung von mehreren Bauteilen bietet ein enormes Einsparungspotenzial bezüglich Teilevielfalt und führt zu einer Reduzierung des Montageaufwands.
Rapid Tooling
Als Rapid Tooling wird die Produktion von Werkzeugen bezeichnet, die mittels additiver Fertigungsverfahren hergestellt werden.
Der 3D Druck ermöglicht die schnelle Bereitstellung eines Spritzgusswerkzeugs für Prototypen und Kleinserien.
Die Anzahl an abgegossenen Bauteilen ist hierbei deutlich geringer als bei konventionell hergestellten Werkzeugen.
Der Fokus des Rapid Tooling liegt jedoch auf der Geschwindigkeit und den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen mit welcher das Werkzeug bereitgestellt werden kann.
Somit kann das Bauteil bereits vor der Serienproduktion geprüft und validiert werden.
Eine gesamtheitliche Betrachtungsweise der additiven Fertigung bezüglich Materialien, Prozess und Anwendung ist die zielführendste Weise mit dieser Technologie umzugehen. Gerne unterstützen wir Sie mit den geeigneten Fertigungsverfahren und Werkstoffen für Ihr Vorhaben.
Erfahren Sie mehr über unsere 3D-Druck Verfahren, 3D-Druck Materialien und das Formicore 3D Lab™
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