Industriell eingesetzt hat die additive Fertigung heute nur noch wenig mit den vor 25 Jahren entwickelten Druckern zu tun, die bedächtig Schicht auf Schicht generierten. Die Technologie hat sich weiterentwickelt. Dank neuer Verfahren sowie Materialien, die widerstandsfähiger, hitzebeständiger oder haltbarer sind, können etwa in der Automobilindustrie 3D-gedruckte Bauteile die Stanz- oder Spritzgusstechnik ablösen. Ford verbaut beispielsweise digital gefertigte, spezielle Polymerteile im Kühlsystem oder für die elektrischen Bremssysteme und verwendet dafür die Drucker von Carbon mit der Carbon Digital Light Synthesis (DLS)-Technologie sowie das Epoxid-Material EPX 82, das Witterungseinflüssen, kurz- und langfristiger Hitzeeinwirkung, UV-Stabilität, Entflammbarkeit und Beschlagbildung standhält.
Von Automotive bis Zahntechnik
Bei der DLS-Technik wird in einem photochemischen Prozess flüssiges Harz mit Hilfe von UV-Lichtprojektionen zu festen Teilen ausgehärtet und in einem weiteren Prozessschritt mit Hilfe von Wärme zur benötigten Festigkeit verdichtet. Die Bauteilgrenzen lassen sich dabei vorab bis auf 100 Mikrometer genau definieren. Auch komplexere Strukturen können über die Lichtoptik in hoher Auflösung abgebildet werden, so dass neuartige Objekte und Gitterstrukturen aus dem Materialbecken herauswachsen. DLS eignet sich für die Serienproduktion in unterschiedlichen Branchen – vom Automotive- und Industriebereich bis hin zur Zahntechnik oder für Consumer-Sport-Produkte. Industrielle 3D-Drucker werden so zu einem Universalwerkzeug, das beliebige Formen und Strukturen in verschiedenen Härte- und Festigkeitsgraden bis zu einer bestimmten Größe herstellen kann. Da die Produktion flexibler ist und daher näher an den Ort heranrücken kann, an dem Produkt gebraucht wird, lassen sich auch Lieferwege verkürzen.
Von der Idee zur Produktion
Ein weiterer Fortschritt des industriellen 3D-Drucks liegt in der zunehmenden Einbettung des Verfahrens in Prozesse, die die bestehenden Produktionsschritte berücksichtigen, sie ergänzen oder mit einem ganzheitlichen Konzept von der Entwicklung bis zur Herstellung ablösen. Carbon beschreibt dies als ‚Idea-to-Production‘-Plattform. Während 3D-Druck-Hardware früher für das einfache Prototyping in Entwicklungsabteilungen produzierender Unternehmen zum Einsatz kam, sind heute komplette und integrierte Lösungen – bestehend aus Hardware, Software und Material – gefragt. Beispielsweise können Produktdesigner mit der Software Design Engine von Carbon Bauteile und Gitterstrukturen digital entwerfen und dann an beliebigen Standorten und Druckern, die dem Endkunden am nächsten sind, drucken lassen. Oberflächenstruktur, Härtegrad, Flexibilität und weitere Produkteigenschaften sind dabei vorab kalkulierbar. Mit Hilfe cloudbasierter Software, unterschiedlichen Materialien und einem Netz an einsetzbaren 3D-Druckern kann ein Designer seine Anforderungsprofile direkt in konkrete Objekte umsetzen. Auch kurzfristig können in den Druckerzentren hohe Stückzahlen entstehen. Als etwa während der Pandemie die Produktionskapazitäten für die Abstrich-Stäbchen der Corona-Tests fehlten, half ein Produkt aus der additiven Fertigung aus.
Roboter steuern Drucker
Intelligente additive Software hat nicht nur im Design-Stadium große Bedeutung. Auch in industrielle Automatisierungsprozesse kann 3D-Druck eingebunden werden. Das Advanced Manufacturing Center von Ford hat eine Schnittstelle entwickelt, mit der Maschinen verschiedener Zulieferer synchronisiert und Teile der Produktionslinie autonom bedient werden können. So hat der Autobauer ein autonomes System implementiert, durch das ein 3D-Drucker mit einem Radroboter in der gleichen Sprache kommunizieren kann. Der Roboter kann den Drucker ohne menschlichen Eingriff rund steuern. Laut Ford lernt der Roboter ständig aus den Daten des Carbon-Druckers und sorgt dadurch für eine kontinuierlich optimierte Präzision. In kleineren, seriellen Stückzahlen werden so u.a. Bremsleitungshalterungen für den Sportwagen Mustang GT500 produziert.