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Wie funktioniert Fertigung bisher? Entweder auf dem Umweg über ein Werkzeug, eine Form oder einen Wachsling, um ein Produkt via Druckguss, Spritzguss oder Feinguss herzustellen. Oder das Produkt wird beim CNC-Fräsen aus einem Materialblock herausgearbeitet, also subtraktiv gefertigt. All diese Methoden sind bewährt und werden auch weiterhin wichtig sein. So wird Spritzguss beispielsweise auch in Zukunft bei der Fertigung von Millionen von Kunststoffbauteilen unschlagbar sein.
Das additive Fertigungsverfahren – der direkte Weg zum Produkt
Bei der additiven Fertigung ist der Produktionsweg viel direkter: Das gewünschte Produkt entsteht Schicht für Schicht aus 3D-CAD-Daten. Damit reduzieren sich Kosten, Ressourcen- und Zeitaufwand in vielen Bereichen besonders jenseits der industriellen Großserie. Prototypen lassen sich extrem schnell und kostengünstig bauen, um Designs zu optimieren und Entwicklungszyklen zu beschleunigen. Endprodukte in Einzel- oder Serienfertigung werden flexibel und on-demand produziert.
Welche Konstruktions- und Produktionsvorteile bietet der industrielle 3D-Druck in der additiven Fertigung?
Das additive Fertigungsverfahren verschafft Unternehmen erhebliche Wettbewerbsvorteile in vielen Produktionsbereichen: beim lokalen und bedarfsorientierten Aufbau einer Ersatzteilfertigung, bei der Herstellung kundenindividueller Produkte, bei Leichtbau, Funktionsintegration oder bei der Umsetzung innovativer Ideen – der industrielle 3D-Druck ist genau auf diese Anforderungen ausgelegt und leistet mittlerweile weit mehr als nur Rapid Prototyping und Rapid Tooling. Je nach Bedarf und Anforderung ist jetzt im Rapid Manufacturing schon eine industrielle Mittelserienfertigung von bis zu 100.000 Bauteilen pro System und Jahr ohne weiteres machbar und sinnvoll – Tendenz steigend.
Individuelle Produkte, Ersatzteile und Losgröße 1
Hersteller stehen in vielen Bereichen unter Druck. Kunden, beispielsweise aus den Bereichen Automobilbau, Konsumgüter und Medizintechnik verlangen immer häufiger nach individuellen oder individualisierten Produkten (Stichwort: Mass Customization). Gleichzeitig steigt der Kostendruck und die Anforderung, diese Produkte rentabel zu produzieren. Darüber hinaus stehen Anbieter aus den Bereichen Automotive und Mobility vor der Herausforderung, ihren Kunden eine Ersatzteilverfügbarkeit von 10 Jahren und mehr zu gewährleisten. Werden diese auf Verdacht und auf Vorrat produziert, bedeutet das hohe Material-, Produktions- und Lagerhaltungskosten. Additive Fertigungsverfahren bieten hier eine echte Alternative: Sie produzieren individualisiert, schnell und on-demand – die wirtschaftliche Lösung für viele Branchen.
3D gedruckte, hochfeste Leichtbaustrukturen sparen Material und Kosten.
Produkte sollten nur so viele Ressourcen verbrauchen, wie für ihre Funktionalität unbedingt erforderlich sind. Da der Rohstoffverbrauch – und damit auch die Preise für die Ressourcen – weltweit enorm steigen, rückt diese Forderung bei der Produktentwicklung und -fertigung immer stärker in den Fokus. Das geringe Gewicht von 3D gedruckten Bauteilen ist ein weiterer Vorteil, der für viele Anwendungen wichtig ist. Unser 3D-Druck-Additive-Fertigung ermöglicht die Konstruktion und Herstellung solcher hochfesten Leichtbaustrukturen, an denen konventionelle Produktionsverfahren scheitern.
Bereits im Konstruktionsprozess lässt sich bei den meisten 3D-Druck-Bauteilen im Vergleich zur konventionellen Fertigung deutlich Material einsparen. In der Produktion erfolgt dann nur dort ein Materialauftrag, wo er funktionell auch nötig ist.
So entstehen leichte, hochfeste Komponenten, die vor allem in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommen. Mit jedem eingesparten Gramm kann über den Lebenszyklus eines Bauteils betrachtet bares Geld gespart und die Umwelt geschont werden.
Weniger Bauteile. Reduzierter Montageaufwand. Gesteigerte Wirtschaftlichkeit.
Warum ist es sinnvoll und notwendig, immer mehr Funktionen zu bündeln und mit möglichst wenigen Einzelkomponenten zu realisieren?
Viele Anwendungen profitieren von kompakten, platzsparenden Bauteilen bei gleichbleibender oder sogar erweiterter Funktionalität. Darüber hinaus bedeuten weniger Montagekomponenten immer auch weniger Montageaufwand, eine reduzierte Fehlerwahrscheinlichkeit sowie geringere Logistikkosten – und damit mehr Wirtschaftlichkeit in der Fertigung. Tatsächlich gibt es viele Beispiele, die zeigen, dass mithilfe der werkzeuglosen additiven Fertigung von FKM alle benötigten Bauteile in nur einem Schritt hergestellt werden können.
Funktionale Komponenten wie Gelenke, Gelenkketten, stabilisierte Federn oder Scherenmechanismen werden häufig in der Automatisierungs- und Produktionstechnik eingesetzt, wo zum Beispiel individuelle und komplexe Vorrichtungen zum Greifen, Befördern oder Lagern benötigt werden. Weitere Einsatzbereiche, in denen Funktionsintegration eine große Rolle spielt, sind die Medizintechnik sowie die Orthesen- und Prothesenfertigung.
„FKM ist Ihr erfahrener Ansprechpartner für optimal funktionsintegrierte 3D-Drucklösungen, die signifikant Montagekosten sparen. Sprechen Sie uns gerne direkt an!“
Produkte neu denken mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung.
Mit dem industriellen 3D-Druck bestimmt nicht mehr das Herstellungsverfahren, wie komplex ein Bauteil sein kann, sondern die gewünschte Funktion und das Design des Produktes. Komplexe Geometrien, also dreidimensionale Strukturen mit Hinterschnitten oder Hohlräumen, lassen sich mit konventionellen Technologien wie Fräsen, Drehen oder Gießen meist gar nicht oder nur zu unverhältnismäßig hohen Kosten herstellen. Additive Fertigungsverfahren schaffen dagegen völlig neue Möglichkeiten.
Was heißt das konkret?
Sämtliche mit einem 3D-CAD-Programm konstruierbaren Formen lassen sich mittels additiver Fertigungstechnologie herstellen. Es gibt so gut wie keine Einschränkung – auch nicht bei der Fertigung hohler Strukturen. Das ist deshalb möglich, weil nur an den Stellen ein Materialauftrag erfolgt, an denen dies vorgesehen ist. Die additive Fertigung gewährt Entwicklern maximale geometrische Konstruktionsfreiheit. Die Komplexität spielt dabei für die Produktionskosten eine eher untergeordnete Rolle. Häufig lassen sich aufgrund des geringeren Materialverbrauchs Kosten sogar deutlich reduzieren.
Komplexe Produkte nicht montieren, sondern integriert drucken.
Der industrielle 3D-Druck ermöglicht eine rentable Produktion von Einzelstücken sowie von Klein- und Mittelserien. Im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren wie Fräsen, Drehen oder Gießen sind die Produktionskosten nicht an die Komplexität eines Bauteils gekoppelt. Wo bislang teure Werkzeuge oder aufwändige Sonderlösungen notwendig waren, die zum Risikofaktor für eine termingerechte Fertigstellung werden konnten, genügt nun ein 3D-Drucker mit dem optimal ausgewählten Pulverwerkstoff. Damit lassen sich komplexe Bauteile in kürzester Zeit produzieren.
Funktionen einbetten, Material und Gewicht einsparen.
Kostenrelevant ist bei additiven Fertigungsverfahren fast ausschließlich die Außengeometrie, die Komplexität spielt für Produktionszeit und -kosten kaum eine Rolle. Eine kluge Funktionsintegration, etwa von Federn oder Scharniergelenken, reduziert die Anzahl der Bauteile und damit den Verwaltungsaufwand mit ERP-Systemen sowie die Montagekosten. Zudem lassen sich über die Konstruktion von Leichtbaustrukturen Material und Gewicht einsparen.
Auch in Zukunft ist der industrielle 3D-Druck nicht immer eine Alternative zu konventionellen Fertigungstechnologien. Aber er setzt dort an, wo herkömmliche Verfahren wie Spritzguss, Druckguss oder Fräsen an ihre Grenzen stoßen.
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