Was ist additive Fertigung? Relevanz, Anwendungsbereiche, Trends, Vorteile und Herausforderungen

Additive Fertigung, auch oft als 3D-Druck bezeichnet, gewinnt weiter Relevanz in den verschiedensten Branchen. In Interview mit Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy klären wir Fragen zur Definition, Anwendungsfeldern, aktuellen Branchentrends, Vorteilen und Herausforderungen.

Was sind additive Fertigungsverfahren?

Bei additiven Fertigungsverfahren wird ein Bauteil durch sukzessive Zugabe von Material Schicht für Schicht erzeugt. Das steht im Gegensatz zu subtraktiven oder formativen Fertigungsverfahren, bei denen das Material abgetragen oder ein Bauteil durch die Applikation von Druck geformt bzw. umgeformt wird.

Wo werden additive Fertigungsverfahren bisher eingesetzt?

Die Bandbreite der aktuellen Anwendungsfelder additiver Fertigungsverfahren erstreckt sich über die unterschiedlichsten Branchen – der Luft- und Raumfahrt, dem Energiesektor, der Medizintechnik, dem Bauwesen. Derzeit wird erwartet, dass zukünftig das Anwendungsspektrum additiver Verfahren noch erweitert werden kann, vor allem da diese Verfahren mit einem sehr viel geringerem Materialeinsatz arbeiten und somit einen wichtigen Beitrag zur Klimaschutz liefern.

Was sind die aktuellen Trends in diesem Bereich (beispielsweise bzgl. neue Materialien, neue Fertigungsverfahren, neue Anwendungsbereiche)?

In allen drei Bereichen – neuen Werkstoffen, neuen Fertigungsverfahren und innovativen Anwendungen – gibt es derzeit eine Vielzahl von Forschungsbemühungen. Grundlegend geht es immer um die Frage: Wie individualisiere Produkte, mit hochkomplexen, integrierten Funktionalitäten wirtschaftlich hergestellt werden können? Hierfür sind teileweise neue Prozesse und auch noch nicht dagewesene Werkstoffe, wie 4D Materialien, notwendig.

Was sind die größten Vorteile von additiven Fertigungsverfahren?

Insbesondere die darstellbare Bauteilkomplexität macht völlig neue Ansätze im Bauteildesign möglich. Damit können nicht nur lastoptimierte Strukturbauteile, sondern auch stark individualisierte Produkte, wie zum Beispiel ein an den Patienten perfekt angepasstes Implantat, gefertigt werden. Zusätzlich werden keine bauteilspezifischen Werkzeuge, wie Gussformen, benötigt. Dadurch können die Zeit bis zur Markteinführung und die Bauteilkosten stark verringert werden.

Wo liegen die größten Herausforderungen von additiven Fertigungsverfahren?

Vor allem bei pulverbettbasierten Verfahren sind sowohl die Fertigungsanlagen als auch das Ausgangsmaterial mit hohen Investitionskosten verbunden. Somit sind additive Fertigungsverfahren im Vergleich zu konventionellen Technologien vor allem für größere Stückzahlen noch nicht wirtschaftlich.

Warum werden additive Fertigungsverfahren in der industrielle Fertigung immer relevanter?

Betrachtet man beispielsweise die aktuellen Bestrebungen nach nachhaltigeren Flug- und Kraftfahrzeugen, ist das Thema Energieverbrauch im Betrieb, also Kraftstoffverbrauch bzw. Verbrauch von elektrischer Energie, stark im Fokus. Dieser Energieverbrauch ist neben anderen Faktoren abhängig vom Gewicht des jeweiligen Transportmittels. Bei Bauteilen, die stark auf ihr Gewicht hin optimiert wurden, stoßen konventionelle Fertigungsverfahren aufgrund der hohen Bauteilkomplexität an ihre Grenzen. Genau an diesem Punkt setzt man heute schon additive Fertigungsverfahren ein. Dieser Bereich wird auch in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen.

Welche Relevanz haben additive Fertigungsverfahren bei KMUs?

Additive Fertigung ist besonders für geringere Stückzahlen im Bereich der Klein- und Mittelserie geeignet. Für diese Stückzahlen sind vor allem mittelständische Unternehmen Zulieferer der OEMs. Durch den Einsatz von additiver Fertigung können diese Unternehmen im Mittelstand ihr eigenes Produktportfolio erweitern und damit die eigene Attraktivität steigern.

Thema Nachhaltigkeit: Welchen Beitrag leisten additive Fertigungsverfahren?

Ich habe bereits den Punkt der Reduktion des Treibstoffverbrauchs durch Leichtbau angesprochen. Darüber hinaus kann im Vergleich zu konventionellen Verfahren mit geringerem Materialeinsatz produziert werden. Dennoch arbeiten wir im Bereich der Additiven Fertigung daran diese Technologien noch ressourcenschonender zu gestalten, in dem wir den Gesamtenergieensatz reduzieren wollen, bei einer gleichzeitigen Steigerung der Produktivität.

Wie kann ich als Unternehmen einschätzen, ob additive Fertigungsverfahren eine relevante Technologie für mich ist?

Um abschätzen zu können, ob sich die additive Fertigung im eigenen Unternehmen lohnt, muss man die unterschiedlichen Verfahren und deren Vor- und Nachteile zuerst genau kennen. Wichtig ist es hierbei die gesamte Prozesskette von der digitalen Bauteilerstellung bis hin zum finalen Einsatz des Bauteils zu verstehen. Vor allem persönliche Erfahrungen mit der Prozesskette sind dafür hilfreich. Aus diesem Grund haben wir das Zertifizierungsprogramm Additive Fertigung auch ins Leben gerufen.

Sie interessieren sich für das Thema?

Gewinnen Sie einen ganzheitlichen Überblick mit einer Schwerpunktsetzung in den Bereichen industrielle Fertigung oder Bauwesen in unserem Zertifikatsprogramm “Additive Fertigungsverfahren im Überblick“.