Additive Fertigung – Was Sie über industriellen 3D-Druck wissen sollten

Die additive Fertigung – besser bekannt als 3D-Druck – hat sich von einer Nischentechnologie zum festen Bestandteil moderner Produktionsprozesse entwickelt. Ob in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik oder im Maschinenbau: Immer mehr Unternehmen setzen auf diese innovative Methode. Doch wie genau funktioniert sie? Welche Vorteile bringt sie mit sich? Und wo liegen ihre Grenzen?

In diesem Artikel erhalten Sie einen kompakten Überblick über die wichtigsten Aspekte rund um die additive Fertigung.

Was ist additive Fertigung?

Bei der additive Manufacuring entstehen Bauteile Schicht für Schicht – im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren wie Fräsen oder Schleifen, bei denen Material entfernt wird. Grundlage ist stets ein digitales 3D-Modell, das von einer Maschine in physische Form umgesetzt wird. Eingesetzt werden dabei Kunststoffe, Metalle oder auch Keramiken – entweder in Pulverform, als Draht oder als Flüssigkeit.

Ein kurzer Blick in die Geschichte

Die Anfänge des 3D-Drucks reichen zurück bis in die 1980er Jahre. Chuck Hull entwickelte 1981 die Stereolithografie – das erste kommerzielle Verfahren dieser Art. 1987 kam mit dem SLA-Drucker das erste Gerät auf den Markt. Seither folgten zahlreiche Innovationen wie das Fused Deposition Modeling (FDM) oder das selektive Lasersintern (SLS). Allein im Jahr 2020 wurden über 800 neue Patente im Bereich der additiven Fertigung angemeldet – ein deutliches Zeichen für die Innovationskraft dieser Technologie.

Wie läuft der 3D-Druck-Prozess ab?

Der typische Fertigungsprozess lässt sich in vier Phasen unterteilen:

1. 3D-Modellerstellung
   Mit CAD-Software wird ein digitales Modell des gewünschten Bauteils erstellt.

2. Druckvorbereitung (Slicing & Setup)
   Das Modell wird in eine sogenannte STL-Datei konvertiert und in die Drucksoftware geladen. Dort erfolgt das sogenannte Slicing: Das Modell wird in viele horizontale Schichten zerlegt. Anschließend erstellt die Software eine G-Code-Datei mit konkreten Anweisungen für den Drucker.

3. Druckvorgang
   Je nach Verfahren wird das gewählte Material Schicht für Schicht aufgetragen oder verschmolzen. Die Bauteile wachsen so buchstäblich in die Höhe.

4. Nachbearbeitung
   Fast alle Bauteile benötigen eine Nachbearbeitung: Stützstrukturen werden entfernt, Oberflächen geglättet oder mechanisch veredelt.

Gängige Verfahren im Überblick

Je nach Material und Anwendungsfall kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz:

• Stereolithografie (SLA) – nutzt UV-Licht zur Aushärtung von flüssigem Kunststoff.

• Lasersintern (SLS) – verschmilzt Kunststoffpulver mithilfe eines Lasers Schicht für Schicht
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• Fused Deposition Modeling (FDM) – schmilzt Kunststoffdraht und trägt ihn Schicht für Schicht auf.

• Selektives Laserschmelzen (SLM) – verschmilzt Metallpulver punktgenau mithilfe eines Lasers.

• PolyJet-Verfahren – spritzt winzige Tröpfchen eines flüssigen Photopolymers, das anschließend gehärtet wird.

Wo wird 3D-Druck eingesetzt?

Der klassische Anwendungsbereich ist der Prototypenbau – hier ermöglicht der 3D-Druck eine schnelle und kostengünstige Fertigung von Mustern, oft innerhalb weniger Stunden. Inzwischen wird die Technologie aber auch für Serienfertigung und individualisierte Produkte genutzt, etwa bei medizinischen Implantaten, Ersatzteilen oder Werkzeugen mit komplexer Geometrie.

Vorteile der additiven Fertigung

• Hohe Designfreiheit: Komplexe Geometrien, Hohlräume und Strukturen lassen sich problemlos realisieren – oft unmöglich bei konventionellen Verfahren.

• Kosteneffizienz bei Einzelstücken: Kein Bedarf an Formen oder Werkzeugen – ideal für Kleinserien oder Einzelteile.

• Schnelligkeit: Rapid Prototyping beschleunigt Produktentwicklungen enorm.

• Materialeinsparung: Es wird nur so viel Material verwendet, wie tatsächlich benötigt wird – das reduziert Abfall und spart Ressourcen.

Grenzen und Herausforderungen

• Wirtschaftlichkeit bei großen Stückzahlen: Bei hohen Produktionsvolumen sind klassische Verfahren wie Spritzguss oft günstiger.

• Aufwendige Nachbearbeitung: Je nach Verfahren kann die Nachbearbeitung zeit- und kostenintensiv sein.

• Hohe Materialkosten: Besonders bei hochwertigen Kunststoffen oder Spezialmetallen sind die Materialpreise vergleichsweise hoch.

Fazit

Die additive Fertigung oder auch additive Manufacturing revolutioniert die Art und Weise, wie wir Produkte denken und herstellen. Sie bietet enorme Freiheiten im Design, verkürzt Entwicklungszeiten und kann in vielen Fällen effizienter und nachhaltiger sein als klassische Produktionsmethoden. Dennoch sollten Unternehmen die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und technischen Anforderungen sorgfältig abwägen, bevor sie auf 3D-Druck umsteigen.