Additive Fertigung
Additive Fertigung revolutioniert die Art und Weise, wie Produkte entworfen, prototypisiert und hergestellt werden. Dieser innovative Ansatz, bei dem Objekte Schicht für Schicht aufgebaut werden, ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, leichter Strukturen und kundenspezifischer Komponenten, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden oft nicht realisierbar sind. Da die Industrie nach mehr Flexibilität und Effizienz strebt, gewinnt die additive Fertigung weiter an Bedeutung.
In diesem Glossareintrag werden wir untersuchen, was additive Fertigung ist, wie sie funktioniert, welche Arten es gibt und wie Siemens-Lösungen wie NX für die Fertigung unterstützen durchgängige additive Workflows.
Was ist additive Fertigung?
Additive Fertigung (AM) ist ein Herstellungsverfahren, bei dem dreidimensionale Objekte erzeugt werden, indem Material Schicht für Schicht auf der Grundlage digitaler 3D-Modelle hinzugefügt wird. Im Gegensatz zur subtraktiven Fertigung, bei der Material aus einem festen Block entfernt wird, baut sich bei der additiven Fertigung Material nur dort auf, wo es benötigt wird.
Wird oft synonym verwendet mit 3D-Druck, die additive Fertigung umfasst weit mehr als nur die Prototypenfertigung — sie unterstützt heute die Produktion funktionaler Bauteile in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik und Industrieausrüstung.
Wie funktioniert additive Fertigung?
Der additive Fertigungsprozess beginnt mit einem digitales Design, normalerweise in CAD-Software (Computer-Aided Design) erstellt. Diese digitale Datei wird dann in Schichten aufgeteilt und in Maschinenanweisungen für einen 3D-Drucker oder ein industrielles AM-System übersetzt.
Hier sind die grundlegenden Schritte:
- Entwerfen: Ein 3D-Modell wird in einer CAD-Software erstellt wie NX für die Fertigung, das die Designoptimierung für additive Verfahren unterstützt.
- Vorbereitung: Das Design wird in ein druckbares Format (z. B. STL) konvertiert, in Schichten aufgeteilt und mit Einstellungen für Temperatur, Geschwindigkeit und Materialverbrauch optimiert.
- Drucken: Ein 3D-Drucker baut das Objekt Schicht für Schicht aus Materialien wie Polymeren, Metallen oder Keramiken auf.
- Nachbearbeitung: Das gedruckte Teil kann Prozessen wie Reinigen, Aushärten, Wärmebehandlung oder Bearbeitung unterzogen werden, um die Anforderungen an Funktion und Oberflächenqualität zu erfüllen.
Fortschrittliche Lösungen wie Siemens NX für die Fertigung Integrieren Sie Design, Simulation und Druckvorbereitung in einer einzigen Umgebung und optimieren Sie so den gesamten additiven Arbeitsablauf vom Konzept bis zur Produktion.
Was sind die 7 Arten der additiven Fertigung?
Gemäß der Norm ISO/ASTM 52900 gibt es sieben anerkannte Kategorien von additiven Fertigungsverfahren:
- Materialextrusion
Bei dieser Methode, die häufig im Desktop-3D-Druck verwendet wird, werden geschmolzene thermoplastische Filamente durch eine beheizte Düse extrudiert (z. B. Fused Deposition Modeling — FDM). - Photopolymerisation von Vat
Verwendet eine Lichtquelle (normalerweise UV), um flüssiges Photopolymerharz Schicht für Schicht auszuhärten (z. B. Stereolithographie — SLA). - Materialspritzen
Materialtröpfchen werden abgelagert und mit Licht oder Wärme ausgehärtet, ähnlich wie beim Tintenstrahldruck, jedoch in drei Dimensionen. - Binder Jetting
Ein flüssiges Bindemittel wird selektiv auf ein Pulverbett aufgebracht, um die Partikel miteinander zu verbinden. Wird für Metalle, Keramik und Sandformen verwendet. - Puderbett Fusion
Nutzt einen Laser- oder Elektronenstrahl zum selektiven Schmelzen von Pulverpartikeln (z. B. Selective Laser Melting — SLM oder Electron Beam Melting — EBM). - Laminierung von Blechen
Blechschichten (Metall oder Papier) werden geschnitten und miteinander verbunden, was häufig für die schnelle und kostengünstige Prototypenherstellung verwendet wird. - Gezielte Energieabscheidung (DED)
Metallpulver oder -draht werden in eine fokussierte Energiequelle (Laser, Elektronenstrahl) eingespeist, die das Material schmilzt, wenn es sich ablagert. Geeignet für große Metallteile und Reparaturen.
Siemens' NX für die Fertigung unterstützt die Simulation und Pfadplanung für DED und Powder Bed Fusion und ermöglicht es Herstellern, Builds zu optimieren und die Anzahl der Versuche und Irrtümer zu reduzieren.
Was ist der Unterschied zwischen 3D-Druck und additiver Fertigung?
Obwohl es oft synonym verwendet wird, 3D-Druck und additive Fertigung haben subtile Unterschiede in Bedeutung und Kontext.
- 3D-Druck bezieht sich in der Regel auf Desktop- oder Consumer-Level-Technologien für das Rapid-Prototyping oder den Hobbygebrauch. Es betont Bequemlichkeit, Benutzerfreundlichkeit und Zugänglichkeit.
- Additive Fertigung, auf der anderen Seite, ist ein breiterer Begriff, der in industriellen Umgebungen verwendet wird. Es umfasst Hochleistungstechnologien zur Herstellung von Funktionsteilen mit strengen mechanischen, thermischen und dimensionalen Anforderungen.
Kurz gesagt: Jeder 3D-Druck ist additive Fertigung, aber nicht jede additive Fertigung ist 3D-Druck im herkömmlichen Sinne.
Vorteile der additiven Fertigung
Die additive Fertigung bietet eine Reihe von Vorteilen, die sie für moderne Hersteller attraktiv machen:
- Gestaltungsfreiheit
AM ermöglicht die Erstellung komplexer Geometrien, innerer Strukturen und organischer Formen, die mit herkömmlichen Methoden unmöglich sind. - Personalisierung
Es ermöglicht personalisierte Produkte, ohne dass kostspielige Werkzeugwechsel erforderlich sind — ideal für medizinische Implantate, Zahnprothesen und Konsumgüter. - Geringes Gewicht
Topologieoptimierung und Gitterstrukturen tragen dazu bei, das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit aufrechtzuerhalten, was besonders in Luft- und Raumfahrt- und Automobilanwendungen von Vorteil ist. - Weniger Abfall
AM ist von Natur aus materialeffizient und verwendet nur das, was für die Herstellung des Bauteils benötigt wird. Dies führt zu Nachhaltigkeitsgewinnen und Kosteneinsparungen. - Kürzere Vorlaufzeiten
Schnelles Prototyping und On-Demand-Produktion machen Formen oder lange Rüstzeiten überflüssig und beschleunigen die Produktentwicklungszyklen. - Integration der digitalen Fertigung
AM kann vollständig in digitale Fertigungsumgebungen integriert werden und ermöglicht Simulation, Rückverfolgbarkeit und Echtzeitüberwachung. Tools wie Siemens Opcenter und NX für die Fertigung unterstützen Closed-Loop-Fertigungsabläufe.
Was ist ein Beispiel für additive Fertigung?
Ein überzeugendes Beispiel für additive Fertigung in Aktion ist 3D-Metalldruck für Bauteile von Luft- und Raumfahrtturbinen. Für diese Teile sind häufig interne Kühlkanäle und leichte Konstruktionen erforderlich — Eigenschaften, die mit herkömmlicher Bearbeitung nur schwer oder gar nicht zu erreichen sind.
Verwenden Puderbett Fusion, können Ingenieure eine einzige leichte Turbinenschaufel mit komplexen inneren Geometrien herstellen, wodurch das Gewicht reduziert und die Leistung verbessert wird. Werkzeuge wie NX für additive Fertigung ermöglichen die Simulation thermischer Spannungen, Konstruktionsstrategien und die Optimierung der Tragstruktur, bevor der Druck überhaupt beginnt.
Andere Beispiele aus der Praxis sind:
- Maßgeschneiderte Zahnkronen und Kieferorthopädie unter Verwendung von Vat Photopolymerisation auf Harzbasis.
- Topologieoptimierte Automobilhalterungen Hergestellt mit DED für Festigkeit und reduzierte Masse.
- Schnelles Prototyping für Unterhaltungselektronik während der Entwurfsiterationsphasen.
Additive Fertigung ist mehr als ein Trend — es ist eine transformative Produktionsmethode, die Branchen durch Innovation, Effizienz und Flexibilität umgestaltet. Von der schnellen Prototypenerstellung bis hin zur industriellen Serienproduktion — die Fähigkeit, Teile Schicht für Schicht zu entwerfen und herzustellen, eröffnet ein neues Maß an Kreativität und Leistung.
Als Wiederverkäufer von Siemens-Lösungen, wir bieten leistungsstarke Tools wie NX für die Fertigung, das einen vollständig integrierten Workflow für die additive Fertigung unterstützt — vom generativen Design und der Simulation über die Bauvorbereitung bis hin zur Maschinenproduktion. Ganz gleich, ob Sie neue Produktionsmethoden erforschen oder fortschrittliche AM-Prozesse skalieren möchten, mit der Siemens-Technologie können Sie dies schneller, intelligenter und mit Zuversicht tun.