additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren zu einer immer beliebteren Methode entwickelt, da die Unternehmen eine höhere Produktionseffizienz anstreben.
Laut Mordor Intelligence wird erwartet, dass die additive Fertigung Industrie bis 2026 auf 63,46 Milliarden Dollar anwachsen wird, da Innovationen die Akzeptanz weiter steigern.
Während die Hersteller in der Vergangenheit auf verschiedene maschinelle Fertigung Techniken zur Herstellung von Teilen und Komponenten zurückgegriffen haben, sind einige Hersteller über diese traditionelle Produktionsmethode hinausgegangen. Eine der wichtigsten Technologien, die sie übernommen haben, ist additive Fertigung.
Bei dieser Form der Herstellung werden verschiedene Techniken angewandt, um Produkte durch das Zusammenfügen feiner Materialschichten zu erzeugen, wodurch ein 3D-gedrucktes Endprodukt entsteht.
Der Prozess umfasst die Erstellung eines computergestützten Designs (CAD), um eine digitale Version des gewünschten Produkts zu erstellen. Die Software formt Querschnittsschichten des Produkts und liefert die digitalen Anweisungen für die Maschinen zur Herstellung von 3D-Produkten aus dem gewünschten Material (Thermoplaste, Metalle, Keramiken, Biochemikalien usw.). Aus diesem Grund wird additive Fertigung oft auch als 3D-Druck bezeichnet.
Als die Technologie zum ersten Mal entwickelt wurde, wurden weniger fortschrittliche Formen dieser Technik zur Herstellung von Einzelstücken verwendet, um die Produktentwicklung zu unterstützen - ein Prozess, der als Rapid Prototyping bekannt ist.
Sowohl der 3D-Druck als auch das Rapid Prototyping fallen technisch gesehen unter das Dach von additive Fertigung und sind einfach verschiedene Techniken, die die 3D-Drucktechnologie in einem industriellen Umfeld einsetzen. Lassen Sie uns diese Form der Produktherstellung näher betrachten.
Arten der additive Fertigung Prozesse
Die Hersteller haben im Laufe der Jahre erheblich in verschiedene additive Fertigung Techniken investiert, um ihre Produkte herzustellen. Zu diesen verschiedenen Formen von additive Fertigung gehören:
Materialextrusion: Hier lassen die Hersteller Spulen eines thermoplastischen Polymers durch eine beheizte Düse laufen. Während sich die Düse über den Drucktisch/die Oberfläche bewegt, extrudiert sie das geschmolzene Polymer in Schichten entlang des vom CAD Design und der Software vorgegebenen Weges. Diese Methode wird unter additive Fertigung gemeinhin als Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet.
Die Schichten trocknen, während die Düse präzise mehr Material aufträgt und schließlich das gewünschte Objekt oder Produkt bildet. In einigen Fällen sind die Schichten nicht auf die Temperaturkontrolle angewiesen, um zu haften und zu trocknen. Stattdessen kann der Prozess chemische Bindemittel erfordern.
Pulverbettfusion: Dieses Verfahren umfasst mehrere additive Fertigung Techniken, bei denen eine stark fokussierte Energiequelle auf ein Bett aus pulverförmigem Material gerichtet wird. Den Anweisungen der Software folgend schmilzt oder sintert die intensive Energie das Material und bildet ein festes Produkt.
Zu den Pulverbettschmelzverfahren gehören das Elektronenstrahlschmelzen (EBM), das direkte Metall-Lasersintern (DMLS), das selektive Wärmesintern (SHS) und das selektive Lasersintern (SLS).
Binder Jetting: Dieses additive Fertigung Verfahren umfasst einen Druckkopf, Pulvermaterial und ein flüssiges Bindemittel. Der Drucker bewegt sich über die Pulverschicht und trägt das flüssige Bindemittel auf die Produktposition auf.
Die Plattform/Bühne hebt sich, eine weitere Schicht Pulver wird darauf verteilt und der Drucker trägt mehr Bindemittel auf. Am Ende liegt das fertige Objekt fest in dem unbenutzten Pulver.
Direkte Energieabscheidung: Bei der direkten Energieabscheidung wird ein Laser, ein Elektronenstrahl oder ein Plasmalichtbogen verwendet, um das Material zu schmelzen, während es auf die Bauplattform aufgebracht wird. Dies ist vergleichbar mit dem Zusammenschweißen von Material, um ein festes 3D-Objekt zu formen, allerdings auf einer granulareren Ebene.
Bottich-Photopolymerisation: Dieser additive Fertigung Prozess umfasst Stereolithographie, digitale Lichtverarbeitung und kontinuierliche digitale Lichtverarbeitungstechniken. Dabei werden die Photopolymere ultravioletter Strahlung ausgesetzt, um sie zu verfestigen. Die gängigste Methode der Bottich-Photopolymerisation ist die Stereolithographie (SLA), bei der UV-Laser verwendet werden, um ein flüssiges Harz auszuhärten.
Die Hersteller verwenden Spiegel, um selektiv verschiedene Teile des Photopolymerharzes zu belichten, damit die aufeinanderfolgenden Schichten aushärten und das gewünschte 3D-Produkt entsteht.
Blechlaminierung: Dies umfasst Ultraschall additive Fertigung (UAM) und die Herstellung laminierter Objekte (LOM). Ersteres ist eine Technik mit niedriger Energie und niedriger Temperatur, bei der dünne Metallschichten durch Ultraschallschweißen zu einem Objekt verbunden werden.
Bei letzterem werden abwechselnd Papier- und Klebeschichten verwendet, um einen greifbaren Gegenstand zu schaffen, bei dem in der Regel die Ästhetik im Vordergrund steht.
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Vorteile von additive Fertigung
Große Hersteller in verschiedenen Branchen haben additive Fertigung in verschiedenen Bereichen der Produktion eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass dieser Artikel Produktionsart mehrere Vorteile bietet, die sich deutlich von der traditionellen subtraktiven Fertigung unterscheiden. Zu diesen Vorteilen gehören:
Komplizierte Produktdesigns: additive Fertigung Techniken ermöglichen Herstellern die einfache Herstellung komplizierter Produkte. In der traditionellen Umgebung würden Teile mit komplexen Designs normalerweise manuell Montage oder auf andere Weise miteinander verbunden werden müssen.
additive Fertigung ist ein effizienter Weg, um komplexe 3D-Objekte in einem einzigen Arbeitsgang mit einer beliebigen Anzahl verschiedener Materialien herzustellen.
Schnellere Herstellungszeit: maschinelle Fertigung und andere Formen der Herstellung erfordern verschiedene Werkzeuge, um ein relativ einfaches 3D-Produkt herzustellen, was die Produktionszeit im Allgemeinen verlängert. Auf der anderen Seite kann additive Fertigung Artikel in einem Durchgang mit einem einzigen Drucker herstellen, was die Produktionszeit verkürzt.
Darüber hinaus benötigt additive Fertigung eine 3D CAD Datei, um den Prozess zu starten. Dies unterscheidet sich von der traditionellen Produktion, die eine umfangreiche, zeitintensive Einrichtung und Herstellung von Formen erfordert.
Geringerer Abfall: Bei der traditionellen maschinelle Fertigung wird eine beträchtliche Menge an Material aus dem ursprünglichen, einzelnen Stück entfernt, um das Endprodukt herzustellen. Bei additive Fertigung wird jedoch nur so viel Material verwendet, wie für die Herstellung des Objekts erforderlich ist, so dass nur sehr wenig Abfall anfällt.
In welchen Bereichen werden additive Fertigung Techniken eingesetzt?
Betreiber in einer Vielzahl verschiedener Fertigungsindustrien nutzen additive Fertigung auf unterschiedliche Weise. Zum Beispiel:
Hersteller von Medizinprodukten nutzen den 3D-Druck, um Produkte mit hoher Varianz zu entwickeln, z. B. Zahnimplantate. Außerdem können computergestützte Entwürfe für einen bestimmten Patienten angefertigt werden, was eine komfortablere Passform gewährleistet.
In der Automobilindustrie sind die Techniken von additive Fertigung über das Rapid Prototyping hinausgewachsen und werden nun für den Bau von starken, leichten Autoteilen verwendet. So können High-End-Autos leichtere, stärkere Kohlefaserteile erhalten, um die Leistung zu verbessern.
Die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie nutzen additive Fertigung ebenfalls für leichte, stabile Teile. Schließlich müssen Flugzeuge und Shuttles den übermäßigen Kräften standhalten, die beim Start und im Flug auftreten, und die Verwendung von 3D-gedruckten, geschichteten Verbundwerkstoffteilen ist eine großartige Lösung für diese spezielle Anwendung.
Häufigere diskrete Hersteller verwenden auch additive Fertigung Techniken für eine schnellere Produktentwicklung und Prototyping, um die Zeit zu verkürzen, die benötigt wird, um einen Artikel vom minimal lebensfähigen Produkt zur vollen Produktion zu bringen.
Wie in diesem Beitrag bereits erwähnt, ist additive Fertigung eine Technologie, die je nach den spezifischen Anforderungen eines Herstellers in verschiedenen Anwendungsfällen erhebliche Vorteile bietet. Tulip arbeitet mit einer Reihe von Herstellern zusammen, die unsere Frontline Operations Plattform nutzen, um die Produktion von 3D-gedruckten Artikeln in Druckfarmen zu verfolgen und zu verwalten, die von Formlabs und Original Equipment Manufacturers wie Stratasys genutzt werden.
Durch die Nutzung einer Plattform wie Tulip können Hersteller, die 3D-Drucktechnologie einsetzen, die Bediener mit digitalen Arbeitsabläufen anleiten, die von 3D-Druckern erzeugten Daten verbinden und visualisieren, den Produktionsstatus in Echtzeit verfolgen und die Ursachen von Qualitätsproblemen identifizieren, um kontinuierlicher Verbesserungsprozess zu fördern.
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