Zwischen Hype und Revolution

Am Vortag der RapidTech konnten sich Einsteiger im Rahmen einer Pre-Session zu generativen Fertigungsverfahren einen Überblick zu den Technologien verschaffen. Die qualitativ hochwertigen Fachvorträge während der Veranstaltung indes zielten auf Insider, die hier die neusten Entwicklungen aus der Forschung, Entwicklung und innovativer Anwendungen der generativen Fertigung erfuhren. Die rund 70 Vorträge waren in parallele Vortragsreihen nach Anwendertagung, Fachforum Luftfahrt, Fachforum Medizintechnik, CAD/CAM + Rapid Prototyping in der Zahntechnik, Konstrukteurstag und Forum der Fraunhofer Allianz Generative Fertigung gegliedert. Dies ermöglichte einerseits eine hohe Auswahl, bedeutet aber auch, dass man viele interessante Vorträge aus den Tagungsunterlagen entnehmen muss.

In der direkten Fertigung von Produktteilen über generative Verfahren wird das größte Wachstumspotenzial für die Rapid-Technologien gesehen. Untersuchungen und Entwicklungen zu Materialien, Prozessführung und Prozessstabilität hinsichtlich definiter und gleichbleibender Qualität von Bauteilen waren daher Inhalt vieler Vorträge aus der Forschung, wobei hier in Deutschland eine hohe Fokussierung auf Pulverschmelzen über Laser zu beobachten ist.

Komplexe Einflussfaktoren
Über genauere Kenntnisse zu Fließfähigkeit und Absorptionsverhalten von Pulvern, Untersuchungen zu Energieeintrag und Integration von Technolo­gien zur Prozessüberwachung sollen die Prozesse verbessert werden. Mehrfach wurden die komplexen Einflussfaktoren auf die Qualität generativ gefertigter Bauteile angesprochen. Dies zeigt einerseits deutlich den Forschungsbedarf auf, erweckt aber leider bei Anwendern oft den Eindruck, dass die Technologien noch nicht reif für die Fertigung von Produktteilen sind. Erwähnt wird aus Sicht des Autors zu selten, dass zum Beispiel die Produktqualität im Guss ebenfalls starken Schwankungen unterliegt und auch von vielen Einflussparametern abhängt. Trotzdem kommt niemand auf die Idee zu behaupten, dass über Gießtechnologien keine Produkte gefertigt werden können.

Das sagt der Autor

Breites Spektrum
Das Spektrum der auf der FabCon 3.D gezeigten 3D-Drucker reicht von Bastelaufbauten bis zu Industrieanlagen. Eine recht interessante Variante war ein Aufbau über einen Tripoden. Mit allen Anlagen lassen sich Kunststoffmodelle fertigen. Aktuell sind die meisten Anlagen mit Sicht auf Stabilität des Prozesses, Anlagenaufbau, Bauteilqualität und des Nachbearbeitungsaufwandes mehr für Hobby- und Schulungsanwendungen oder für Anschauungsmodelle geeignet. Diese Anlagen sind schon für unter 2500 Euro zu haben. Für höhere Ansprüche sollte man über 10 000 Euro einplanen. Es ist aber zu erwarten, dass einerseits Stratasys als Marktführer noch günstigere Anlagen als den heutigen Mojo 3D Printer auf den Markt bringt. Weiterhin werden die neuen Anbieter der 3D-Drucker Ihre Anlagen hinsichtlich zweitem Düsensystem, Temperaturführung und Steuerung verbessern. Somit dürften in wenigen Jahren 3D-Drucker für 3000 bis 5000 Euro zu erwerben sein, die industrielle Bedürfnisse in frühen Entwicklungsphasen erfüllen.
Martin Geiger

Mit jeder Verbesserung der Prozesse werden die Einsatzmöglichkeiten erhöht. Innovative industrielle Unternehmen gehen hier aber ergänzend einen pragmatischen Weg, bei der aktuelle Anlagen für die Fertigung eines bestimmten Produktteiles qualifiziert werden. Die Produktion erfolgt dann bei gleichbleibender dokumentierter Prozessführung auf dieser Anlage, wodurch eine Qualität innerhalb eines definierten Bereichs ermöglicht wird.

RapidTech 2

Je nach System entstehen Teile mit höchst
unterschiedlicher Qualität. Die Hobbysysteme werden derzeit noch nicht als ernsthafte Alternative zu industriellen Systemen gesehen.

Ein prozesstechnischer Vorteil der generativen Fertigung wird im Bereich des Leichtbaus gesehen. Prof. Franz Josef Villmer von der Hochschule Ostwestfalen-Lippe verwies in seinem Vortrag auf bionische Strukturen wie Schwämme und Knochen. Heute lassen sich über Computer Aided Optimization hochbelastbare, form- und gewichtsoptimierte Bauteile entwickeln, die aber nur generativ hergestellt werden können.

Es ist gerade mal 20 Jahre her, als das Fraunhofer IFAM in Bremen vom amerikanischen Unternehmen Stratasys die erste Rapid-Prototyping-Anlage mit der Bezeichnung „3D Modeler“ in Deutschland für ein paar hunderttausend DM erworben hat, die auf Basis von Fused Deposition Modeling (FDM) funktionierte. Auf der FabCon 3.D zeigten rund 15 Aussteller Anlagen, die prinzipiell entsprechend FDM funktionieren, sich in Ihrem Aufbau etwas unterscheiden und für ein paar hundert bis wenige tausend Euro zu bekommen sind. Die Teile sind qualitativ vergleichbar mit denen des 3D-Modelers vor 20 Jahren.

Eine kommunizierte Zielanwendungen ist die Fertigung von Anschauungsmodellen in früheren Entwicklungsphasen analog zum Rapid Prototyping in der Anfangszeit. Weitere Zielkundschaft sind technologisch interessierte Privatanwender, die hier als Hobby Teile für den Eigenbedarf fertigen. Die Pionierarbeit bei der Verbreitung der Fused-Deposition-Modeling-Technologie leistete das Unternehmen alphacam GmbH in Schorndorf, das lange Zeit exklusiver Vertriebspartner von Stratasys für die FDM-Technologie in Deutschland war.

Trends µ-genau

In der Szene fest etabliert
Der Messe Erfurt GmbH ist es dieses Jahr gelungen, Qualität, Ausstelleranzahl und Teilnehmeranzahl der RapidTech weiter zu steigern und mit der FabCon 3.D sinnvoll zu erweitern. Das Feedback in Gesprächen mit Ausstellern und Teilnehmern war sehr positiv, so dass zu erwarten ist, dass kommendes Jahr im Mai die Ausstelleranzahl weiter zunehmen wird. Besonders die Entwicklung der 3D-Drucker wird sehr spannend werden. Der Konferenzteil der RapidTech hat sich zum wesentlichen Event für Forschungen und Entwicklungen zu generativen Technologien in Deutschland entwickelt.

RapidTech 3

Die meisten 3D-Drucker basieren auf dem FDM-Prinzip.

Auf den ersten Blick ist zu vermuten, dass mit den neuen 3D-Druckern, die nach dem gleichen Fertigungsprinzip, aber zu einem Bruchteil der Kosten von FDM-Anlagen arbeiten, ein extremer Wettbewerb für die FDM-Anlagen entstanden ist. Jens Vollmann, Vertriebsleiter bei alphacam, sieht dies gelassen: Für industrielle Anwendungen sind ein ausgereifter Prozess und eine schnelle und zuverlässige Wartung notwendig. Die meisten 3D-Drucker besitzen keine separate Düse für ein Supportmaterial, so dass auch der manuelle Aufwand zur Nachbearbeitung der generativ gefertigten Teile hoch ist.

3D-Drucker tragen extrem zur Erhöhung des Bekanntheitsgrades der generativen Fertigung bei. Noch vor einem Jahr konnten mit dem Begriff 3D-Drucker nur wenige etwas anfangen. In den vergangenen Monaten hatten jedoch hierdurch generative Fertigungsverfahren eine nie da gewesene Medienpräsenz. Mit aktuellen 3D-Druckern lassen sich mit mehr oder weniger großen qualitativen Schwankungen Modelle fertigen.