So erobert 3D-Druck den Maschinenbau

Klar auf dem Vormarsch sind der 3D-Druck und die oft synonym gemeinte Additive Fertigung. Schnell Sonderwünsche von Kunden zu bedienen oder Prototyping zu beschleunigen, sind nur zwei der Nutzenaspekte, die dieses Verfahren hervorbringt. Sowohl große Unternehmen als auch Mittelständler im Maschinenbau forschen und fertigen auf 3D-Terrain.

Angesichts vieler innovativer Lösungen scheinen der 3D-Druck und seine vielfältigen Anwendungen auf dem Siegeszug zu sein, insbesondere im deutschen Maschinenbau. Hierzulande nutzen große und mittelständische Unternehmen zunehmend 3D-Verfahren oder die Additive Fertigung (1). So gelang es 2017 einem internationalen Ingenieurteam von Siemens, die Fertigung von Gasturbinenschaufeln mittels Additive Manufacturing (AM) unter Volllast in einer Gasturbine erstmals erfolgreich zu testen. „Dies ist ein bahnbrechender Erfolg für den Einsatz von Additive Manufacturing im Bereich der Stromerzeugung, einem der anspruchsvollsten Anwendungsfelder für diese Technologie", kommentierte Willi Meixner, CEO der Siemens Power and Gas Division. Für dieses Projekt erhielt Siemens 2017 den 3D-Printing-Industry-Award in der Kategorie „3D-Druck-Anwendung des Jahres“, verliehen vom Online-Portal 3Dprintingindustry.com. „Die spannende AM-Technologie verändert die Art und Weise wie wir produzieren. Wir können damit Prototypen bis zu 90 Prozent schneller entwickeln“, so Meixner.

Ersatzteile in geringer Stückzahl dank 3D-Druck

Des Weiteren ist ein anderer Gigant der deutschen Wirtschaft, Mercedes Benz, auf dem Weg zur Industrie 4.0. So fertigte die Lastwagensparte des Konzerns eine Thermostatabdeckung mittels 3D-Druck – und somit das erste auf diese Art hergestellte Ersatzteil aus Metall. Es wird in geringer Stückzahl für Lkw und Unimog älterer Baureihen produziert. „Wir stellen auch bei 3D-Metallteilen dieselbe Funktionalität, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit sicher wie bei Bauteilen aus konventioneller Fertigung“, so Andreas Deuschle, Leiter Marketing & Operations im Geschäftsbereich Customer Services & Parts, Mercedes-Benz Lkw. Diese auf den Punkt erfolgende Fertigung belegt, dass der 3D-Druck im Maschinenbau eine hochwertige und wirtschaftliche Ersatz- und Sonderteilproduktion ermöglicht. Somit ist Mercedes Benz in der Lage, Bauteile kostengünstig zu liefern, die Extrawünsche von Kunden bedienen oder die nicht für derzeit produzierte Serienfahrzeuge gedacht sind. Ein Zukunftsszenario ist, dass mittels 3D-Metalldruck eine dezentralisierte und schnelle Produktion an Mercedes-Standorten weltweit stattfinden kann. So kämen Kunden in allen Ländern zügig zu ihren Ersatzteilen; eine aufwendige Lagerhaltung oder lange Transportwege würden entfallen.

3D-Druck nach Kundenmaß

Über Produkte und Ersatzteile hinaus verweist 3D noch in anderer Hinsicht auf die Zukunft. So entstehen neue Geschäftsbereiche, wie z. B. die Unternehmen Steinbach und Protiq demonstrieren: Sie kooperieren im Umfeld der Additiven Fertigung mit technischer Keramik. Als eine der ersten Anbieter hierzulande ist Steinbach in der Lage, Hochleistungskeramik per LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing) herzustellen. Kunden dieser Firma können über das Onlineportal des Steinbach-Partners Protiq, einem Spezialisten für 3D-Druck-Services, ein 3D-Druck-Objekt beauftragen und sich zudem über die Preise für Produkte aus Keramik informieren. Protiq entwickelte dieses Onlineportal für das Konfigurieren und Bestellen von 3D-Modellen. Präzise nach Kundenanforderungen werden 3D-Objekte anhand von CAD-Daten produziert. Aufgrund des digitalen Bestellwegs purzelt der Aufwand in puncto Kosten und Zeit, und der Kunde freut sich über ein schnell hergestelltes Produkt, z. B. sein Werkzeug oder seinen Prototypen.

Schneller geht’s mit 3D-Druck-Prototyping

Des Weiteren beschleunigt Hansgrohe das Prototyping: Am Standort Schiltach verfügt der Sanitärtechnik-Spezialist über einen Musterbau mit CNC-Maschinen (2), unterschiedlichen Rapid-Prototyping-Verfahren (3) und 3D-Druckern. Jochen Armbruster, Leiter des Bereichs CA-Tools und Prototyping bei Hansgrohe, erläutert: „Wir stellen im Jahr circa 30.000 Prototypen her. Von Grundkörpern über Handgriffe bis hin zu Innen- und Ventilbauteilen. Bedingt durch den Schwerpunkt Sanitär hat der Großteil der Musterteile den typischen Chrom- oder Edelstahllook.“ Um schnell über Prototypen zu verfügen, kooperiert das Unternehmen mit Protolabs, einem Expertenteam für diesen Aufgabenbereich. Armbruster dazu: „Während wir in unserem konventionellen Musterbau bei Chromoberflächen einen personalintensiven Arbeitsprozess zurückgreifen müssten, können wir die Prototypen bei Protolabs bestellen und haben sie in wenigen Tagen vorliegen. Einfacher und schneller geht es kaum."

1) Bei der Additiven Fertigung wird auf Basis digitaler 3D-Konstruktionsdaten ein Bauteil schichtweise durch das Ablagern von Material erstellt.

2) CNC-Maschinen sind Werkzeugmaschinen, die Werkstücke mittels Steuerungstechnik hoch präzise auch für komplexe Formen automatisch fertigen.

3) Rapid Prototyping bedeutet schneller Modellbau und bezeichnet verschiedene Verfahren, mit denen Musterbauteile auf Basis von Konstruktionsdaten schnell hergestellt werden.


Fotonachweis: Shutterstock 

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