3D-Druck kann die Produktion revolutionieren

Der 3D-Druck bietet mannigfaltige Möglichkeiten für die Industrie bei der Generierung neuer Produkte. Technische Weiterentwicklungen werden ebenso über Qualität und industriellen Einsatz entscheiden, wie die Kompetenz der Konstrukteure beim Einsatz der additiven Fertigungsmethoden, so lautet ein Fazit des ersten „Praxisforums 3D-Druck“ an der Hochschule Landshut.

Knapp hundert Teilnehmer aus Industrie und Wissenschaft nutzten die Auftaktveranstaltung, um sich über aktuelle Entwicklungen, Potenziale aber auch Herausforderungen dieser Technologie zu informieren. Organisiert hatte die Auftaktveranstaltung am 24. März 2015 das Institut für technologiebasierte Zusammenarbeit der Hochschule Landshut.

„Der 3D-Druck hat das Potenzial, Konstruktion und Produktion zu revolutionieren“, wie Hochschulpräsident Prof. Dr. Karl Stoffel in seiner Begrüßung erklärte. Deshalb habe die Hochschule Landshut in Studium und Technologietransfer das Thema aufgegriffen. „Mit dem Praxisforum 3D-Druck wollen wir zu Ideen inspirieren und Anregungen geben, wie diese Technologien im eigenen Unternehmen sinnvoll eingesetzt werden können“, erläuterte Prof. Dr. Norbert Babel (Hochschule Landshut) der die fachliche Leitung inne hatte, den Hintergrund der Veranstaltung.

Konstruktive Freiheiten – vielfältiges Know-how nötig

Das große Potenzial der 3D-Technologien, Möglichkeiten und Vorteile beleuchtete Prof. Dr. Norbert Babel, ebenso mannigfaltig seien aber auch die Herausforderungen. Verschiedenste Materialien könnten verarbeitet, komplexe, mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht herstellbare Bauteile, in einem Schritt produziert werden. Große konstruktive Freiheiten, Funktionsintegration, Reduzierung der Einzelteile sowie Gewichtseinsparungen seien maßgebliche Vorteile.

Auch könne die Lagerhaltung minimiert und so Kosten gespart werden. Wurde der 3D-Druck bisher meist im Prototypenbau eingesetzt, sei man auf dem Weg hin zur Kleinserie mit individuellen Ausprägungen. Von bereits realisierten Lösungen wie Guss-/Spritzgussformen im Werkzeugbau, passgenauen Medizintechnikprodukten wie z.B. Hörgeräte über Automobilkarosserien, bis hin zu gedruckter Nahrung und sogar Haut reichen die Anwendungen.

Dabei betonte Prof. Dr. Babel ebenso wie Peter Spitzwieser (Formrise GmbH, Töging), die Herausforderung des 3D-Druck gerechten Konstruierens. Der Schlüssel zum Erfolg liege im richtigen Design der Bauteile und im Verständnis über die Fertigungstechnologie an sich.

Komplette Softwarelösungen für das Computer Aided Engineering (CAE) zur automatisierten Entwicklung und Produktion von 3D-Produkten sind bisher nicht vorhanden. Softwarelizenzen für existierende (Teil-)Programme seien sehr teuer. Bei kostengünstigeren Lösungen, die gerade für kleinere Unternehmen finanzierbar wären, fehlen wichtige Module. All dies erfordere viel Entwicklungsarbeit, Wissen und Know-how bei den Konstrukteuren in den Unternehmen.

Um diese Grundlagen bei den Entwicklungsingenieuren von Morgen zu schaffen, befassen sich die Studierenden der Hochschule Landshut bereits intensiv in Projekt- und Abschlussarbeiten mit dem Thema 3D-Druck. Dies zeigten zwei Vorträge über Abschlussarbeiten und eine Doktorarbeit. Von der Auswahl des richtigen Druckmaterials, über die Größe der Toleranzen bis zur Druckrichtung, die einen erheblichen Einfluss auf die mechanische Belastbarkeit hat und oft nur im Experiment überprüft werden kann, reichten die Themen. Ein Projekt befasst sich mit der Neuentwicklung eines 3D-Druckers, der durch mehrere Druckköpfe und ein in allen Raumrichtungen schwenkbares Druckbrett große Freiheitsgarde beim Druck verspricht.

Technische Weiterentwicklung notwendig

Denn auch die Technologie des 3D-Druckens wird und muss auch in Zukunft deutlich weiterentwickelt werden, um die Anwendungsfelder für eine wirtschaftlich darstellbare Produktion erweitern zu können. Christian Seidel (Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Augsburg) stellte ein Forschungsprojekt vor, das beim Laserstrahlschmelzprozess einen Materialwechsel im gesamten 3D-Raum ermöglichen soll und nicht, wie bisher, nur ein Material je Schicht (Hybridbauteile) erlaubt. Gerade die Nachbearbeitung von Metallprodukten stellt eine weitere Herausforderung dar. Eine Lösung hierfür bietet eine kombinierte Produktionseinheit, die ein Bauteil mittels 3D-Auftragsschweißen aufbaut und anschließend das Werkstück durch Fräsen nachbearbeitet. Mit diesem Verfahren würden u.a. bereits Turbinengehäuse oder Schaufelräder produziert, wie Martin Reisacher (Sauer GmbH, DMG MORI, Pfronten) erläuterte.

Das Potenzial der Technologie in ganz unterschiedlichen Anwendungsbereichen erläuterten zwei weitere Vorträge. Für den Nutzfahrzeugbereich mit seiner hohen Variantenvielfalt, vom Betonmischer über den Müllwagen bis zum Automobiltransporter, sieht Jochen Seifert (EDAG Engineering AG, Arbon) große Möglichkeiten für die 3D-Drucktechnologie. Dafür sei ein Philosophiewechsel, weg vom Leiterrahmen, hin zum sog. Käfigrahmen nötig. Durch die größere Flexibilität in der Konstruktion und u.a. auch die Funktionsintegration in einem „Knotenset“ könne man z.B. Probleme bei der Achsanbindung lösen oder auf zusätzliche Abstützungskonstruktionen bei großen Gewichtsbelastungen gänzlich verzichten. Anwendungsmöglichkeiten im Elektrotechnik-Bereich, wie der Druck von Leiterbahnen auf 3D-Freiformbauteiloberflächen, stellte Thomas Rogalski (enders Ingenieure GmbH, Ergolding) vor. Im Moded Interconnect Devices (MID, spritzgegossene Schaltungsträger) genannten Verfahren werden auf spritzgegossene Kunststoffbauteile mit speziellen Verfahren metallische Leiterbahnen aufgebracht, die als Schaltungsträger für elektronische bzw. mechatronische Baugruppen dienen. Er demonstrierte diese vielversprechende Technik an einem Quadrocopter, der gerade entwickelt wird.

Die vielen Fachfragen nach den Vorträgen sowie die lebhaften Diskussionen im Rahmen der begleitenden Fachausstellung zeigten das große Interesse des Auditoriums am Thema 3D-Druck. Die nächste Veranstaltung der Reihe wird voraussichtlich im Herbst dieses Jahres stattfinden. Aktuelle Informationen unter www.haw-landshut.de/3D-Druck