Prototypen werden häufig mit additiven Fertigungsverfahren hergestellt. Dies ist der einfachste Anwendungsfall. Doch 3D-Druck kann wesentlich mehr! Starte durch und nutze die Vorteile. Ein Leitfaden, wie du dich step-by-step an die neuen Technologien herantasten kannst.

Damit sich der 3D-Druck wirtschaftlich einsetzen lässt und sich das Unterfangen lohnt, gibt es einige Punkte zu beachten. Im Folgenden geben wir diverse Tipps. 

Was kann 3D-Druck und was nicht?
Erwartungen sind ein wichtiger Bestandteil, wenn etwas Neues Erfolg bringen soll. Welche Vorteile kann die additive Fertigung im Jahr 2022 bieten? 

Eines vorweg: 3D-Druck wird die konventionelle Fertigung nicht ablösen. Dies ist nicht das Ziel. Vielmehr bietet die additive Fertigung eine wichtige und sinnvolle Ergänzung zu den traditionellen Fertigungsverfahren. Jede Technologie hat ihre Vor- und Nachteile – so verhält es sich auch mit dem 3D-Druck.

| In Bezug auf Projekte und Anwendungen
Ein wichtiger Hinweis für den Einstieg: Wenn ein Bauteil für die Herstellung mit Drehen, Fräsen oder Spritzguss konstruiert wurde und nun identisch mit 3D-Druck verarbeitet werden soll, dann lohnt sich das meistens nicht. Ausnahmen: kleine Stückzahlen, Ersatzteile, die nicht mehr erhältlich sind, oder bei Lieferengpässen!

Was sich jedoch lohnt, sind alle Fälle, in denen die bekannten Verarbeitungsverfahren an ihre Grenzen stoßen. Teile können für die additive Fertigung mit einer bisher nie dagewesenen Designfreiheit konstruiert werden. Dies bringt viele Vorteile. Zum Beispiel Leichtbauteile, die starkem Druck/Zug standhalten, aber wesentlich weniger Gewicht aufweisen. Oder Baugruppen, deren Einzelteile zu einem einzigen Bauteil zusammengefügt werden, zum Beispiel Robotergreifer und Ähnliches. 

Bei Kühlkanälen bietet sich die Möglichkeit, diese präzise dort zu platzieren, wo fürs Bauteil der optimale Nutzen erzielt werden kann. Für den 3D-Druck eignen sich Teile, die häufig verändert werden müssen, oder personalisierte Teile, zum Beispiel Prothesen, die perfekt für den Träger angepasst werden. Es gibt unzählige weitere Beispiele und Anwendungsfälle. 

| Welche Materialien können verarbeitet werden?
Im 3D-Druck können inzwischen hunderte verschiedene Materialien verarbeitet werden. Dies sind z. B. einfache Standardmaterialien wie PLA oder PA12, aber auch Hochleistungskunststoffe wie xPEEK und Ähnliches. Zusätzlich gibt es faserverstärkte Kunststoffe, die unter anderem im Automobilrennsport zum Einsatz kommen und höchsten Belastungen standhalten. Ebenso können Metalle wie Aluminium, Titan, Werkzeugstahl etc. mit 3D-Druck verarbeitet werden. Die Bauteile können problemlos in Maschinen zum Einsatz kommen. Neben dem Material hat die Technologie, mit der die Teile produziert werden, einen Einfluss auf deren Eigenschaften. 

| Wie gut sind die Qualität von 3D-Druck-Teilen, Oberflächen und Toleranzwerte? 
Oft wird die Frage gestellt, was in Bezug auf Qualität der Bauteile zu erwarten ist. Vergiss die 3D-Druck-Teile, die mit einfachen FDM-Druckern zu Hause hergestellt werden können. Industriedrucker bringen komplett andere Resultate. Mittlerweile sind mit dem richtigen Verfahren spritzgussähnliche Oberflächen machbar. Dies ist möglich durch den Einsatz von hochpräzisen Lasern und Projektoren.

Die Toleranzmaße sind die größere Herausforderung, jedoch keine, die sich nicht lösen lässt. Abhängig von Material, eingesetzter Technologie und Ausrichtung im Bauraum gibt es Abweichungen. Grundsätzlich darf eine Genauigkeit von +/– 0,3 mm erwartet werden. Ein wichtiger Aspekt: Wird die Toleranz tatsächlich auf allen Flächen des Bauteils benötigt, oder wird dies einfach aus Gewohnheit der traditionellen Herstellungsmethoden gefordert? Zudem lassen sich mit den passenden Nachbearbeitungsmethoden sehr gute Resultate erzielen. 

| Welche Stückzahlen lassen sich drucken? 
Die Anzahl zu produzierender Teile stellt kein Hindernis mehr dar. Problemlos können 10.000 Stück und mehr in Serie produziert werden. Und das mit der passenden Material-Technologie-Kombination zu konkurrenzfähigen Preisen. Kosten für Werkzeuge, die sich erst nach Jahren im Einsatz lohnen, fallen weg. Zudem sind jederzeit Änderungen möglich, und eine unnötige, teure Lagerhaltung von Teilen entfällt.

Was muss man wissen, bevor das erste Projekt in Auftrag geben wird?
Falls du ein nicht mehr erhältliches Ersatzteil benötigst oder aufgrund von Lieferengpässen Teile aus dem 3D-Druck bestellst, praktisch nichts. Wähle das benötigte Material aus (Materialassistent auf der Plattform) und starte eine Anfrage, oder platziere eine Bestellung.

Wenn du die Vorteile der additiven Fertigung nutzen möchtest und Bauteile neu konstruieren willst, solltest du dir ein Basiswissen aneignen. Die Konstruktion für den 3D-Druck erfordert Kenntnisse über die angewendeten Technologien, da diese bestimmte Eckpunkte der Konstruktion vorgeben. Lass dich jedoch nicht von zu vielen Informationen abschrecken. Alles, was du neu lernst, kann schrittweise erfolgen, so auch im 3D-Druck. Es ist unmöglich, alles im Bereich der additiven Fertigung zu wissen, da sich die Technologien rasant weiterentwickeln.

So startest du dein Projekt!
Bestimmt denkst du nun an ein eigenes Projekt. So startest du damit.

Die einfachste Variante: Du besprichst ein konkretes Projekt mit deinem 3D-Druck-Ansprechpartner. Anhand von Einsatzgebiet und Eigenschaften eines Bauteils wirst du Antworten erhalten, was bei der Konstruktion zu beachten ist. 

Eine andere Herangehensweise: 

| Informieren über Basics 
Mache dich mit dem passenden Verfahren vertraut. Informiere dich zuerst über grundlegende Themen. Wie ein FDM-Druck funktioniert – ähnlich wie ein 2D-Drucker, aber mit Schichten –, kann man sich vorstellen. Bei den Pulverbettverfahren ist dies ganz anders. Sieh dir ein Video eines 3D-Druckers mit Pulverbettverfahren an, z. B. SLS, um einen ersten Eindruck zu erhalten, was bei der Produktion geschieht. Danach informierst du dich über grundlegende Konstruktionsthemen wie Topologieoptimierung und Lattice-Strukturen. 

| Material und Technologie wählen
Wähle anschließend das geeignete Material für dein Bauteil aus. Definiere Eigenschaften und Einsatzgebiet, und grenze das Material ein. Am einfachsten gelingt dies mit dem Materialassistenten auf der Plattform. Du bist unsicher? Frag nach!

Ausgehend vom gewählten Material gelangst du zu den verfügbaren Verarbeitungstechnologien. An dieser Stelle ist es für 3D-Druck-Anfänger empfehlenswert, zu prüfen, ob die gewählte Material-Technologie-Kombination sinnvoll ist. Anschließend steht der Konstruktion und einem erfolgreichen Projekt nichts mehr im Weg! 

| Technologiespezifische Eigenheiten beachten, Bauteil konstruieren
Die eingesetzte Technologie definiert nun die Grundlagen für Ihre Konstruktion, d. h. die 3D-Druck-Konstruktionsrichtlinien für Ihr Projekt: 

| Falls mehr als eine Technologie zur Auswahl steht, frag an, was am besten passt. Oder erfasse eine „individuelle Anfrage“ und erwähne die Technologien, die du in Erwägung ziehst.
| Welche minimalen Wandstärken sind bei der gewählten Technologie erforderlich?
| Werden bei der gewählten Technologie Stützstrukturen erforderlich, d. h., müssen Winkel und überhängende Teile entsprechend optimal konstruiert werden?
| Wie verhält es sich mit der Oberflächengüte? Gilt es Nachbearbeitungen einzuplanen? Falls ja, wo und welche?
| Können/sollen Ecken/Kanten abgebildet werden oder lohnt es sich, diese als Rundungen zu konstruieren?
| Kann das Bauteil hohl gedruckt werden oder müssen Bohrungen für die Pulverentfernung angebracht werden?
| Werden Gewinde benötigt? Müssen diese nachträglich geschnitten werden oder kommen Gewindeeinsätze zum Einsatz?
| Müssen bestimmte chemische Beständigkeiten erfüllt sein?
| Sind gewisse Zertifizierungen gefordert?

Konstruktion fertig? Gratulation, nun kannst du dein erstes Bauteil bestellen!

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