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[EMO 2019] 3D-Druck kommt voran

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Neue Technologien, neue Materialien, mehr Integration und verbesserte Software - der 3D-Druck hat in letzter Zeit einige spannende Neuentwicklungen erlebt.

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James Hunt ist Head of Strategy Additive Manufacturing (AM), University of Sheffield AMRC. Er meint, dass AM als eigenständiger Prozess betrachtet wurde.... bis jetzt.

Es gibt eine zunehmende Aktivität rund um den Druck von Biomaterialien, wobei Forschungsteams in den USA und Großbritannien bestrebt sind, die ersten zu sein, die lebensfähige menschliche Organe mit Hydrogelen zur Bildung von Gewebegerüsten drucken.

Im Bereich der Metalle werden disruptive Technologien entwickelt, darunter der Digital Alloys Joule Printing und die MELD Manufacturing. Diese haben das Potenzial, große Materialmengen schnell abzuscheiden und gleichzeitig einige Probleme mit Verträglichkeit und Eigenspannung zu überwinden.

Wir sehen mehr Leistungsfähigkeit in der Software, wobei Unternehmen wie Siemens, Autodesk und Dassault Systèmes die Fähigkeit entwickeln, Komponenten in der CAD-Umgebung zu konstruieren, topologieoptimierte Lösungen zu erstellen, die Build-Datei vorzubereiten, den Build-Prozess zu simulieren und den Werkzeugweg für den Materialabtrag zu planen.

Bei den Fertigprodukten stehen die Bereiche Medizin und Luft- und Raumfahrt im Vordergrund:

Im medizinischen Bereich ist die Herstellung von patientenspezifischen Implantaten und Geräten seit langem versprochen, und jetzt ist es mit erhöhter Softwarefähigkeit zur CAD-Generierung und -Manipulation sowie einer breiteren Palette kompatibler Materialien möglich. Dies reicht von kieferorthopädischen Ausrichtern, die von einer Vielzahl von Zahntechnikern individuell bedruckt werden, bis hin zum globalen Medizintechnikunternehmen Stryker, das Tausende von Titanimplantaten aus einer Flotte von AM-Maschinen herstellt.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie investieren große Unternehmen in F&E- und Vorserienanlagen, wobei die Teile nun auf Triebwerke und Flugzeugzellen übergehen.

GE ist hier wahrscheinlich führend, sicherlich aufgrund der Anzahl der Teile auf Plattformen. Aufbauend auf ihren Erfahrungen mit der Kraftstoffdüse des LEAP-Motors planen sie nun, insgesamt 304 metallische AM-Teile in jedes ihrer GE9X-Motoren der nächsten Generation einzubauen, und zwar in sieben Komponenten, darunter kritische Teile wie Turbinenschaufeln.

Eine neue Ära

Eric Bredin, Vice President, Stratasys, sagt, dass die Technologie nun das Spritzgießen und Fräsen bei kleinen bis mittleren Stückzahlen ersetzt.

Dies eröffnet eine neue Ära der Massenanpassung, da Hersteller nun kostengünstig personalisierte Teile in großen Stückzahlen herstellen können, bei denen der Business Case einfach nicht vorhanden war.

Die Materialentwicklung ist von entscheidender Bedeutung, da Hochleistungsindustrien eine strenge Zertifizierung der Teile erfordern.

So ist beispielsweise das Stratasys ULTEM 9085 Harzmaterial flammen-, rauch- und toxikologisch einwandfrei, was dazu geführt hat, dass Airbus und Boeing mehr 3D-Druckteile in Flugzeugkabinen produzieren, zertifizieren und einbauen als je zuvor.

Im vergangenen Jahr stellte Stratasys die geschichtete Pulvermetallurgie vor, seine firmeneigene Metall-AM-Technologie für Kleinauflagen-Metallanwendungen. Darüber hinaus kündigte das Unternehmen seinen Einstieg in die Stereolithographie AM mit dem V650 Flex 3D-Drucker an, einem großformatigen, industrietauglichen System, das für die Feinabstimmung in einer Vielzahl von Harzen konfiguriert werden kann.

Bredin sagt, dass sich nun mehr Unternehmen für Komponenten für Flugzeuge und Züge, die nicht mehr in Produktion sind, an AM wenden:

Unser Kunde Airbus ist ein gutes Beispiel: Um die Lieferfristen für seine A350 XWB-Flugzeuge einzuhalten, nutzte das Unternehmen unsere FDM-Technologie (Fused Deposition Modeling), um über 1.000 Teile herzustellen, die heute fliegen.

Im Motorsport setzen McLaren F1, PENSKE und Andretti Autosport die FDM- und PolyJet-Technologie in Rennwagen ein.

Verbindungssysteme

Claudia Jordan, Sprecherin von EOS, glaubt, dass automatisierte und vernetzte AM-Systeme irgendwann ein wichtiger Bestandteil der intelligenten Fabrik sein werden.

Wenn Sie Systeme verbinden, werden Sie enorme Produktivitätssteigerungen und eine verbesserte Qualitätskontrolle feststellen. Es besteht nun die Möglichkeit, die gesamte Prozesskette zu automatisieren.

EOS hat kürzlich EOS Aluminium AlF357 für Anwendungen vorgestellt, die ein Leichtmetall mit ausgezeichneter mechanischer/thermischer Festigkeit erfordern. Mit der EOS M 300-4 hat sie im vergangenen Jahr ihr Portfolio an Direktmetall-Lasersinteranlagen für die Branchen Luft- und Raumfahrt, Industrie, Medizin, Werkzeugbau und Automotive erweitert. Darüber hinaus führte das Unternehmen ein Pilotprojekt mit Premium AEROTECH und Daimler durch, um eine vollständig digitale Produktionslinie der nächsten Generation zur Herstellung von Komponenten für die Automobil- und Luftfahrtindustrie zu entwickeln.

Der Produktionsprozess wurde ohne Personal von einem autonomen Leitstand aus betrieben, unterstützt von einem digitalen Zwilling der Fabrik, der aus der Ferne zugänglich war. Es zeigte eine Reduzierung der Kosten pro Teil von 50%, was die signifikanten potenziellen Auswirkungen der automatisierten AM zeigt.

Was ist mit der Zukunft?

Hunt glaubt, dass einige der neuen Technologien der 3D-Druck von menschlichen Organen, 3D-Druck von Medikamenten, Nanodruck und sogar 4D-Druck sind.

Aber diese sind alle 10 Jahre oder mehr von der Erreichung der Produktivität entfernt. Kurzfristig werden wir eine verbesserte Softwarefähigkeit und weitere Integration des digitalen Workflows als Teil der industriellen Digitalisierungslandschaft sehen, und eine breitere Palette von Materialien wird mit einem spezifischen Augenmerk auf nachhaltige Materialien durch die Verwendung von mehr recycelten Inhalten verfügbar sein.