Additive Fertigung

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Ursprünglich für den Einsatz in den 1970er Jahren entwickelt, hat sich die additive Fertigung seither stark weiterentwickelt und ermöglicht heute den persönlichen und industriellen Präzisionseinsatz in nahezu allen denkbaren Bereichen. Die Beispiele reichen von einer Heißklebepistole bis zu einem präzisionsschneidenden Elektronenstrahl.


SCHLUSSFOLGERUNGEN

Verwendet CAD-Software (Computer Aided Design) oder 3D-Sensoren und -Scanner
Anwendung von Kenntnissen über 3D-Druck und Rapid Prototyping
Kostengünstige und effektive industrielle Anwendungen im Gesundheitswesen, in der Landwirtschaft, in der Fertigung usw.

Was ist Additive Fertigung?


Die additive Fertigung wird am besten als das Gegenteil der subtraktiven Fertigung verstanden. Subtraktive Fertigung ist so etwas wie Schnitzen oder Steinmetzarbeiten, bei denen der Arbeiter dem Material mit einem scharfen Werkzeug geschickt Masse entzieht und schließlich einen brauchbaren Gegenstand formt.
Um die Analogie fortzusetzen: Bei der additiven Fertigung wird einem anderen Material mehr Masse hinzugefügt, um ein nutzbares Objekt von größerer Dimension zu schaffen.
Bei der additiven Fertigung wird eine sehr dünne Materialschicht querschnittsweise übereinander gelegt (“gedruckt”), um ein 3D-Objekt zu erzeugen. Obwohl dieses Verfahren den Eindruck erweckt, etwas aus dem Nichts zu erschaffen, sind die hochpräzisen Druckmaschinen perfekt darauf abgestimmt, die verschiedenen Teile der Struktur auf molekularer Ebene zu erhitzen und abzukühlen, so dass die Schichten miteinander verschmelzen und an ihrem Platz verankert werden.

Die vorteilhaften Anwendungen der additiven Fertigung


Ist Ihnen schon einmal ein Lieblingsgerät oder ein Möbelstück plötzlich kaputt gegangen? Einen Ersatz zu kaufen, geht einfach nicht – das gesamte Produkt ist entweder zu teuer oder zu wertvoll für den Benutzer, um ersetzt zu werden; das Lieblingsstück kann auch eingestellt werden, und ersetzbare Teile sind nicht mehr erhältlich!

Hier kommt der 3D-Druck als Retter in der Not ins Spiel.


Mit der additiven Fertigung kann fast jedes austauschbare Teil, das sich abnutzt oder ausfällt, zu einem vernünftigen Preis nach Maß gefertigt werden. Dies hat eine neue Vorliebe für das Recyceln, Ersetzen und die breite Versorgung mit spezifischen mechanischen Bedürfnissen sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich geweckt.

Hier sind einige Beispiele für die unendlichen Möglichkeiten der additiven Fertigungsverfahren:


Maßgeschneiderte Teile für spezifische Projekte, die ansonsten für ein Unternehmen keine ausreichend hohe Rendite bringen würden
Bis zu 90 % weniger Materialabfall im Vergleich zur subtraktiven Fertigung
Verwendung von umweltfreundlichen, biologisch abbaubaren Kunststoffen
Präzise geometrische Gestaltung und Physik
Fördert die visuelle Gestaltung bei der Problemlösung für Ingenieure
Verbesserte Zugänglichkeit für Einzelpersonen bei der Erstellung und Reparatur von Gegenständen
Ermöglicht kreatives Lernen und Unterrichten
Verlängert die Lebensdauer von Maschinen, selbst von Maschinen, die im Handel nicht mehr erhältlich sind
3D-gedrucktes Fleisch kann helfen, die angespannte Nachfrage der Lebensmittelindustrie nach tierischen Proteinen zu lösen
Lebensrettende Wearables für die Gesundheitsfürsorge sind billiger und für den Durchschnittsbürger besser verfügbar
Fähigkeit, hochkomplexe, perfekt gemessene geometrische Formen leicht zu erstellen
Rapid Prototyping ermöglicht eine effektivere und kosteneffizientere Forschung und Entwicklung
Die Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten sind fast nicht mehr zu zählen. Eine der dringlichsten Lösungen, die die additive Fertigung in letzter Zeit bot, war eine Antwort auf den PSA-Mangel zu Beginn der COVID-Pandemie. Als die Versorgungsketten nicht in der Lage waren, PSA kurzfristig zu liefern, begannen Einzelpersonen mit dem 3D-Druck von Teilen und neuen tragbaren Lösungen für die Menschen an der medizinischen Front, was dazu beitrug, die internationale Knappheit zu lindern.

Die Gefahren der additiven Fertigung


Wie jede neue Technologie birgt auch die innovative Zukunft Risiken in sich. Bei der additiven Fertigung sind die Risiken eines verstärkten Einsatzes dieser Technologie in gewisser Weise einzigartig:

Erstens besteht die Gefahr, dass die Standards für geistiges Eigentum ausgehöhlt werden. Wenn eine Person denselben 3D-Drucker wie eine andere Person hat, kann sie deren Produkte relativ einfach kopieren. Dies hat jedoch den gegenteiligen Effekt, wenn es um die Preisgestaltung bei patentierten Teilen geht; das Wissen und die einfache Nachahmung von Produkten können dazu beitragen, die von bürokratischen oder unternehmerischen Behörden auferlegten übermäßigen Kosten zu senken.

Zweitens besteht das Risiko der Qualitätskontrolle, wenn es um die Sicherheit geht. Aufgrund der besseren Zugänglichkeit der additiven Fertigung und der geringeren Vorlaufkosten setzen sich einige Personen über die persönliche Verantwortung und die Bundesgesetze hinweg.

So wächst beispielsweise die Besorgnis, dass mit der Verbesserung der 3D-Drucktechnologie auch die Möglichkeit für Einzelpersonen zunimmt, Registrierungsgesetze zu umgehen und ihre eigenen Schusswaffen und Waffenteile zu drucken.

Dies ist nicht nur im offensichtlichen Sinne gefährlich, sondern das Fehlen von Qualitätsprüfungen in diesem Szenario würde auch eine höhere Wahrscheinlichkeit von Produktfehlern bedeuten, was zu noch mehr Risiken für Gesundheit und Sicherheit führen würde. Dasselbe Problem stellt sich in der Gesundheitsbranche: Wenn bestimmte Teile medizinischer Geräte massenhaft 3D-gedruckt werden, um leichter zugänglich und erschwinglich zu sein, müssen sie auch die größtmögliche Gewähr für Haltbarkeit und hohe Leistung bieten.

Die 7 Arten der additiven Fertigung


Es gibt sieben Arten der additiven Fertigung, auch wenn sich mit der Verbesserung der Technologie auch die Kategorisierung und Benennung mit der Innovation ändert.

  1. Binder Jetting
    Bei dieser Art des 3D-Drucks werden Schichten aus pulverförmiger Keramik oder Metall im Querschnitt mit einer klebenden Bindelösung in einem tintenstrahlähnlichen Verfahren aufgetragen.
  2. Gerichtete Energieabscheidung (DED)
    Bei dieser Art der additiven Fertigung wird ein Laserstrahl verwendet, um Metallstücke (oder Metallpulver) zu einer Materialschicht zu schmelzen. Zu dieser Kategorie gehören auch das Metall-Schutzgasschweißen und die Freiformfertigung mit einem Elektronenstrahl.
  3. Material-Extrusion
    Die bekannteste Form der zugänglichen additiven Fertigung ist die Materialextrusion, bei der Kunststofffilamente in dünnen Schichten aufgetragen werden, um ein Endprodukt herzustellen. Die Herstellung erfolgt mit einer Fused-Filament-Fabrication-Maschine (FFF). Diese Art von AM-Maschine ist kostengünstig (einige Hundert Dollar) und kann für Heimanwendungen verwendet werden, hat aber erhebliche Einschränkungen hinsichtlich der Größe, Ausrichtung und dauerhaften Funktionalität der Objekte, die sie herstellen kann.
  4. Pulverbett Fusion
    Bei dieser Technik werden Metalle und Polymere durch Lasersintern, Laserschmelzen und Elektronenstrahlschmelzen miteinander verschmolzen. Diese Verschmelzung erfolgt in einem Granulatbett, das für eine bessere temporäre Unterstützung sorgt.
  5. Blattkaschierung
    In diesem Bereich der additiven Fertigung werden billigere Materialien wie Papier, Kunststoff und Metalle in dünnen Schichten mit Klebstoff verbunden und fest gepresst, bis sie miteinander verbunden sind. Mit einer Wolframklinge können letzte Feinschnitte am Endprodukt vorgenommen werden.
  6. Stereolithographie
    Bei der Stereolithografie, die auch als “Kübelpolymerisation” bezeichnet wird, wird flüssiges Material – z. B. Harze – mit Hilfe von ultraviolettem (UV-)Licht zu einem festen Material gehärtet. Die kontrollierte Lichteinwirkung bewirkt eine Polymerisation; zwischen den Schichten des zugegebenen Materials bilden sich kovalente Bindungen, die das Produkt verstärken.
  7. Materialstrahlverfahren
    Diese Technik der additiven Fertigung ist dem Binder Jetting sehr ähnlich, aber in dieser Version wird das zugegebene Material tröpfchenweise in einer wachsartigen Schicht direkt auf das zu produzierende Objekt aufgetragen, ohne ein Granulatbett aus Pulver zur Unterstützung. Diese Methode ist im Vergleich zu anderen recht kostengünstig, erzeugt aber ein schwächeres Endobjekt.
    Wie man das richtige additive Fertigungsverfahren auswählt
    Die additive Fertigung ist von Natur aus ein Joker, der fast jede Aufgabe erfüllen kann. Aus diesem Grund ist es am besten, logisch rückwärts zu arbeiten.

Mit anderen Worten: Fragen Sie sich nicht, was Sie tun können, um mehr additive Fertigung zu fördern, sondern was die additive Fertigung für Sie tun kann.

Sicher, Sie können alle Ihre Industriemaschinen mit den neuesten Versionen von 3D-Druckern aufrüsten, aber die beste Perspektive auf die additive Fertigung ist, sie wie ein Schweizer Armeemesser zu betrachten, das in fast jedem Szenario, das eine maßgeschneiderte, individuelle Lösung erfordert, einsetzbar ist.

Denken Sie auch daran, über den Tellerrand – äh, das 3D-Druckbett – hinauszuschauen, wenn Sie Lösungen in Erwägung ziehen, denn man weiß nie, wann eine neue 3D-Anwendung eine völlig neue Methode der additiven Fertigung katalysiert, also experimentieren Sie ruhig!

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