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3D Druck – Die Zukunft der Produktion?

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3D Druck – Die Zukunft der Produktion?

Urbee2-300x199Mit dem Urbee 2 stellte der amerikanische Ingenieur Jim Kor vor einigen Wochen den Prototyp eines Autos vor, das – fast – komplett aus dem 3D-Drucker stammt. Die werkzeuglose Fertigung direkt aus CAD-Daten wird vor allem in der Automobilindustrie schon länger für das Prototyping genutzt, doch sie gilt (noch) als kaum serientauglich. Jim Kor will das ändern, seinen Urbee 2 kann man schon heute bestellen. Zumindest eine Kleinserie ist geplant. Markiert das den Beginn einer weiteren industriellen Revolution mit dem Ende der Fließbandmontage und zentralisierten Produktion oder ist es bloß eine technische Spielerei, die gesamtwirtschaftlich ohne Bedeutung bleibt?

So ganz stimmt das zwar nicht mit dem kompletten Auto aus dem Drucker, denn Motor, Chassisteile und Reifen entstammen immer noch einer konventionellen Fertigung. Zeit- und Finanzaufwand machen den Urbee 2 wohl nur für Idealisten interessant: 2500 Stunden brauchte eine ganze Schar von 3D-Druckern für den Prototyp, die Kos­ten für ein Auto mit zwei Sitzen und drei Rädern dürften entsprechend hoch sein. Gefertigt wird nicht „in einem Rutsch“, sondern über etwa 50 Bauteile, die dann noch manuell zusammengebaut werden. Doch der Euphorie um den 3D-Druck tut das keinen Abbruch. Es ist schon eine faszinierende Vision, die von der Managementberatung Barkawi im „Manager Magazin“ am Beispiel Volkswagen ausgebreitet wurde: In 20 Jahren würden die VW-Modelle in 100 Designbüros entwickelt und in 10 000 3D-Druckstationen kundennah gebaut – das VW-Werk in Wolfsburg könnte dann als Museum genutzt werden. „Die Serienfertigung etwa des Golfs im 3D-Druck und Laserschmelzverfahren ist absolut nicht sinnvoll“, sagt hingegen Ingenieur Wilhelm Meiners, Leiter der Gruppe Rapid Manu­facturing beim Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), und meint das durchaus auch für die Zukunft.

Selbst die Produzenten von 3D-Druckern und Komponenten der additiven Fertigung sind zurückhaltend: „Es wird nie so sein, dass diese Technologie das Fräsen ersetzt“, erklärt Ilona Scholl von Concept Laser in Lichtenfels. Bei EOS sieht man das kaum anders. „Wir sind noch nicht so weit, dass wir Großserien machen sollten“, sagt Claudia Jordan für die Firma in Krailing. „Unsere Vorteile sind zum Beispiel Individualisierung und schnelle Produktanpassung. Bei 100 000 gleichen Teilen bleibt konventionelle Fertigung die bessere Lösung.“ Trotzdem prophezeit Wilhelm Meiners der Technologie eine große Zukunft: „Wir stehen noch ganz am Anfang.“ Für die Automobilindustrie gilt das im Grunde weniger, schon seit mehr als einem Jahrzehnt gewinnen im Rapid Prototyping der 3D-Druck sowie das Lasersintern und -schmelzen immer mehr an Bedeutung. Denn bei der Erstellung von Einzel- oder Kleinserienteilen ist die Technologie schon heute kaum schlagbar. Braucht sie doch keine zusätzlichen teuren Maschinen, die sich erst bei Massenanfertigungen amortisieren. Es sind viel kompliziertere Geometrien möglich und vor allem geht es „rapid“, also schnell. 3D-Druck als Dachbegriff beschreibe die Technologie allerdings nicht ganz korrekt, meint Meiners: „Richtiger Druck mit dem klassischen 3D-Druckkopf findet fast nur bei Materialien wie Kunststoff Verwendung. Früher ging das mit Binder auch bei Metallen, heute geschieht das durch Laserschmelzen.“ Gemeinsam ist beiden Arten aber das additive Fertigungsprinzip. Verflüssigter Kunststoff wird hauchdünn Schicht auf Schicht gedruckt oder Metallstaub schichtweise durch Laser verschmolzen. In der konventionellen Fertigung ist es genau umgekehrt, da wird in spanender Fertigung der Materialrohling zur gewünschten Form abgetragen. Damit ist 3D-Druck auch noch materialsparend, denn es gibt kaum Abfall. Trotzdem steht Meiners fest auf der Euphoriebremse: „Laserschmelzen wird bestehende Technologien nicht ersetzen, das ist illusorisch. Es wird sie ergänzen.“

Neben dem Prototyping ist der Einsatz im Autorennsport inzwischen ein wichtiges Anwendungsgebiet. Eine Kleinserien­fertigung von Einzelteilen wie Motorkomponenten oder Türgriffen kann sich Wilhelm Meiners vor allem bei eher elitären Marken wie Bugatti, Rolls-Royce und Lamborghini mit ihren geringen Stückzahlen vorstellen. Größenbeschränkungen gibt es kaum noch, die größten 3D-Drucker können mehrere Meter lange Bauteile erstellen und sollen unter anderem beim Bau von Häusern eingesetzt werden. Der 3D-Drucker, den Daimler, das Fraunhofer ILT und Concept Laser für ein aktuelles Forschungsprojekt einsetzen, könnte locker einen kompletten Motorblock bauen. In dem Projekt geht es auch um den Bau von Metallteilen (nicht ganzen Autos) für die Serienfertigung. Denn die scheitert derzeit noch an den Kosten und der Bauzeit. Auch für den Urbee 2 registrierte Jim Kor bisher nicht mehr als ein Dutzend Bestellungen. Spötter könnten meinen, die bislang von der Serienfertigung meilenweit entfernten Elektroautos seien für den 3D-Druck besonders geeignet. Tatsächlich arbeiten Forscher der TU Chemnitz zwar nicht an der Herstellung der gesamten Fahrzeuge, wohl aber ihrer elektrischen Antriebe. Auch bei individuellen Sonderanfertigungen bietet sich die additive Fertigung an, eventuell auch bei selten gebrauchten Ersatzteilen. Da könnte dann statt des Ersatzteiles platzsparend der Datensatz gelagert und bei Bedarf ausgedruckt werden. Und schließlich bietet sich der Einsatz für Oldtimer und deren chronische Ersatzteilsorgen an. Wenn die CAD-Daten oder scanbare Vorlagen vorhanden sind, ist der Nachbau problemlos und zu noch vertretbaren Kosten möglich.

Über die Automobilindustrie hinaus liegen die größten Anwendungsbereiche im Flugzeug- und Maschinenbau. Im Turbinenbau etwa ist die Technologie heute fast praxisreif entwickelt. Bei individualisierten Produkten wie Zahnprothesen ist der 3D Druck längst eine Selbstverständlichkeit, denn in Konkurrenz zur manuellen Fertigung sprechen Geschwindigkeit und Zeit für und nicht gegen den Druck. „Ein 3D-Drucker macht 400 Kronen und Brücken in derselben Zeit wie früher ein Zahntechniker zehn oder zwölf“, sagt Claudia Jordan. Hoffentlich keine Zukunft haben 3D-Projekte wie die Veröffentlichung der Konstruktionsdaten einer funktionsfähigen Pistole im Internet, die auf Intervention der amerikanischen Regierung rasch wieder entfernt wurden. Zwar gibt es inzwischen auch „3D-Drucker für jedermann“ für weniger als 1000 Euro, doch mit dem kommerziellen 3D Druck ist das nicht einmal annähernd vergleichbar – in der industriellen Produktion sind absolute Präzision und Funktionssicherheit ein unverzichtbares Muss, bei den preiswerten Modellen für den Hausgebrauch eher Glück- und Geschicksache.

Thema: 3d druck

Autor: Gert Reiling
Foto: korecologic.com

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