Januar

Euroguss, Nürnberg

Internationale Fachmesse für Druckguss: Technik, Prozesse, Produkte
14. bis 16. Januar
www.euroguss.de

Swiss Plastics, Luzern

Schweizer Kunststoffmesse
21. bis 23. Januar
www.swissplastics-expo.ch

Februar

FMB Süd, Augsburg

Zuliefermesse Maschinenbau
12. und 13. Februar
www.fmb-sued.de

Maintenance, Zürich

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung
12. und 13. Februar
www.maintenance-schweiz.ch

Solids, Zürich

Schweizer Fachmesse für Granulat-, Pulver- und Schüttguttechnologien
12. und 13. Februar
www.solids-zurich.ch

März

AM Expo, Luzern

Additive Manufacturing Expo
3. und 4. März
www.am-expo.ch

Command Control, München

The Leanding Summit for Cyber Security
3. und 4. März
www.cmdctrl.com

all about automation, Friedrichshafen

Automatisierungsmesse in der Vierländerregion
4. und 5. März
www.automation-friedrichshafen.com

Die additive Fertigung ermöglicht komplexe Geometrien, die sich an der Natur orientieren, beispielsweise Waben- und Spiralformen.

Herstellung optimieren, Potenziale ausschöpfen

Dassault Systèmes (Schweiz) AG
Balz-Zimmermann-Strasse 7
CH-8302 Kloten

T +41 (0)44 200 36 70
www.3ds.com/de

Simulationen unterstützen dabei, das ideale Bauteildesign unter Berücksichtigung der funktionalen Anforderungen zu finden. Dabei können unterschiedliche Designvarianten konzipiert, analysiert und verglichen werden.

Additive Fertigung hat sich in einigen Branchen bereits etabliert. Egal ob Medizintechnik, Handwerk oder Fashion – Produkte aus dem 3D-Drucker sind bei Herstellern sowie Verbrauchern beliebt. Die Vorteile der Technologie liegen vor allem für die Fertigung von Prototypen und Einzelteilen auf der Hand: Flexibilität, Kostensenkung und Schnelligkeit.
So ermöglicht es Additive Fertigung Unternehmen, Wettbewerbsvorteile zeitnah zu sichern. In Zukunft wird sich vor allem im Bereich der verwendeten Mate­rialien noch viel verändern. Zudem gibt es Bestrebungen diese Technologie auch in der Serienproduktion einzusetzen.
In der additiven Fertigung werden Produkte und Bauteile auf Basis digitaler Konstruktionsdaten in einem 3D-Drucker durch einen schichtweisen Materialaufbau erzeugt. Dies ist möglich durch ein optimales Zusammenwirken von modernen Maschinen, intelligenter Vernetzung über eine Cloud-basierte Plattform sowie ausgereifte Verfahren für 3D-Druck. Als Werkstoffe im 3D-Drucker kommen derzeit vor allem Metalle, spezielle Kunststoffe und Kunstharze sowie Keramik zum Einsatz.

Bauteile optimieren und Gewicht reduzieren
Die additive Fertigung hat sich heute bereits in Branchen etabliert, in denen eine Gewichtsreduktion von Bauteilen von grosser Wichtigkeit ist. Dazu gehören die Automobil- und die Luftfahrtindustrie aber auch die Metall- und Medizinbranche. In der Luftfahrtindustrie wird additive Fertigung beispielsweise dazu eingesetzt, das Gewicht von Bauteilen in Flugzeugen wesentlich zu verringern. Das führt zu deutlichen Materialeinsparungen bei der Herstellung der Bauteile. Zudem wirkt sich ein reduziertes Gesamtgewicht direkt auf die Verbrauchswerte des Flugzeuges in der Luft aus. Und das trägt unmittelbar zu einer verbesserten Umweltverträglichkeit bei.
Airbus setzt seit einigen Jahren auf die 3DEXPERIENCE-Plattform und die 3D-Konstruktions- und Entwicklungssoftware CATIA von Dassault Systèmes. Der Flugzeugbauer hat zudem in Zusammenarbeit mit Dassault Systèmes ein spezielles 3D-De­signtool entwickelt. «MyShape» wird für die Herstellung von Bauteilen für den Airbus A350 genutzt. Damit kann Airbus heute neue Teile im Generative-Design-Verfahren erstellen. Das bedeutet, neue Teile werden nicht mehr basierend auf der Form als Ursprung entwickelt, sondern funktionsbasiert. Den Konstrukteuren geht es darum herauszufinden, welche Form ­eines Bauteils die gegebenen Anforderungen im Flugzeug am besten erfüllt. Daraus generiert die Software von Dassault Systèmes dann das optimale Design des entsprechenden Bauteils für das Flugzeug. Im Anschluss wird der Einsatz der neuen Bauteile simuliert, um bei Bedarf ­unterschiedliche Materialzusammensetzungen oder weitere Optimierungen durchzuführen. Dieses Vorgehen beschleunigt die Entwicklung neuer Teile erheblich.
Ein weiterer Vorteil von Simulation besteht darin, den thermischen Verzug von Bauteilen direkt in der Planung berücksich­tigen zu können. Dieser tritt während und nach der Erstellung im 3D-Drucker je nach Beschaffenheit des Materials auf und kann die Funktionalität des Endprodukts verändern. Um dies zu umgehen, bietet die CATIA die Möglichkeit, den thermischen Verzug zu simulieren und das Ergebnis in die geometrische Verzugskompensation direkt einfliessen zu lassen. Dadurch ist sichergestellt, dass das Bauteil am Ende exakt in der benötigten Form vorliegt.

Materialkosten senken
Doch nicht nur die Material­zusammensetzung spielt in der additiven Fertigung eine wichtige Rolle. Auch die Einsparung von wertvollen Materialien soll möglichst weit damit vorangetrieben werden. Im Rahmen einer Topologie-Optimierung können Unternehmen gezielt die Verwendung der Baustoffe anpassen und verbessern.
Das reduziert die Menge an Restmaterial erheblich, die bei der konventionellen Fertigung anfällt – etwa bei der Verwendung von Metallen. Denn dabei wird das Bauteil üblicherweise aus einem grossen Block herausgefräst. Entsprechend viel Restmaterial bleibt nach der Fertigung übrig, das nicht direkt wiederverwendet werden kann. Bei der additiven Fertigung werden die Bauteile hingegen in Schichten aufgebaut, was unmittelbar zu Materialeinsparungen führt.
Durch Additive Manufac­turing ist es darüber hinaus möglich, ganze Baugruppen in einem Stück zu produzieren. Dazu ist es nicht nötig, zunächst Maschinen zeitaufwendig umzurüsten. Vielmehr wird die ganze Baugruppe schichtweise im 3D-Druckverfahren hergestellt. Dies minimiert nicht nur den Zeitaufwand für die Herstellung, sondern auch für das Zusammensetzen der Einzelteile einer Baugruppe. Unternehmen können so Zeit für die Produktion sparen und ihre Materialkosten nachhaltig senken.
Airbus konnte durch den Einsatz additiver Fertigung seine «Buy to Fly Ratio» auf ein Zehntel reduzieren – im Vergleich zu konventionell gefertigten Bauteilen. Die «Buy to Fly Ratio» bezeichnet das Verhältnis zwischen der eingekauften Materialmenge und dem tatsächlich eingesetzten Material, das in diesem Fall letztendlich im Flugzeug verbaut wurde. Airbus setzt inzwischen in den Maschinen des Typs Airbus A350 über 1000 Bauteile ein, die additiv gefertigt wurden.

Flexibel Kundenwünsche erfüllen
Ein weiterer Vorteil additiver Fertigung ist die flexible und im Vergleich zu konventioneller Fertigung kostengünstige Erstellung von Prototypen oder Einzelteilen. Unternehmen können so die Wünsche ihrer Kunden optimal berücksichtigen. Vor allem die Konsumgüterbranche kann hier von dieser Technologie profi­tieren. Die Schuhmarke Ecco startete mit «QUANT-U ecco» ein Personalisierungsprojekt, das
3D-Scan und -Druck kombiniert. Kunden können in ausgewählten Läden ihre Füsse vermessen lassen und dadurch die Passform des Schuhs ideal konfigurieren. Im Anschluss wird das personalisierte Schuhmodell schnell angefertigt – und das direkt vor Ort.
Diese Flexibilität kommt Unternehmen auch bei der Herstellung von aufwendigen Proto­typen oder Ersatzteilen zu Gute. Denn sie können dank additiver Fertigung in kurzer Zeit und flexibel in Kundennähe produzieren. Fertigt ein Unternehmen üblicherweise in Europa, benötigt aber ein Ersatzteil in Indien, so lässt sich dieses problemlos per 3D-Druck vor Ort produzieren. Das bedeutet nicht nur mehr Kundennähe, sondern trägt zudem zu einer Senkung der Transportkosten bei.

Was bringt die Zukunft?
Momentan wird additive Fertigung besonders in Branchen eingesetzt, für die die Produktion von Prototypen, personalisierten Einzelteilen oder Kleinserien im Vordergrund steht. Aktuell gibt es jedoch bereits Bestrebungen, 3D-Druckverfahren auch für die Se­rienproduktion zu etablieren.
Gerade in der Medizinbranche wird vor allem im Bereich der einsetzbaren Materialien ausgiebig geforscht und entwickelt. Otto Bock Healthcare konnte dank additiver Fertigung bereits seine innovative Handprothese «Michel­angelo» innerhalb kürzester Zeit perfektionieren. Basierend auf der 3DEXPERIENCE-Plattform sowie der Applikation CATIA Imagine & Shape von Dassault Systèmes konnte das Medizintechnikunternehmen das Flächendesign seiner Handprothese optimieren und sie dadurch besonders naturgetreu modellieren. Weitere Forschungsprojekte zeigen heute zudem im Bereich der Organrekonstruktion weitere Potenziale auf, die in der Zukunft vielen Menschen helfen können.Interessante Möglichkeiten ergeben sich auch für die Hightech- und Elektronik-Branche, für die ein kleinstmöglicher Formfaktor wichtig ist. Hier ist es denkbar, die Sensorik oder Elektronikbauteile direkt in eine additiv gefertigte Struktur zu integrieren. So könnte beispielsweise die Sensorik von Messgeräten unmittelbar in die Elektronik mit eingedruckt werden. Aktuell gibt es bereits erste Anbieter, die komplexe Multi­layer-Leiterplatten im 3D-Druckverfahren innerhalb von 15 Std. statt 50 Tagen fertigen können.

Fazit
Additive Fertigung ist nachweislich nicht nur ein Trend, sondern eine disruptive Technologie, die in Zukunft noch weiter an Be­deutung gewinnen wird. Sie ermöglicht es Unternehmen gezielt Wettbewerbsvorteile zu sichern durch mehr Agilität, innovative Entwicklung, flexible Fertigung und nachhaltige Kostensenkungen.