PV0717_Additive Fertigung_3D-druck_Bauteil_Fraunhofer IPA

Das Netzwerk 3D-CP forscht daran, additive Fertigung im Mittelstand zu etablieren. Hier zu sehen: ein additiv gefertigtes Turbinenrad zur Verdeutlichung innenliegender Leichtbaustrukturen. (Bildquelle: Fraunhofer IPA)

Additive Fertigung ist schnell, flexibel und wirtschaftlich

Wenn es um kleine Aufträge bis zu Losgröße 1 geht, sind additive Verfahren – im Bild ist ein FDM-Gerät zu sehen – eine kosteneffiziente Alternative zum Spritzguss oder zum mechanischen Drehen oder Fräsen von Bauteilen. (Bildquelle: Igus)

Fallende oder steigende Bauteilkosten?

Bei der Bewertung der additiven Fertigung als industriellem Fertigungsmittel spielen die Bauteilkosten naturgemäß eine wesentliche Rolle. Ob diese steigen oder fallen werden, dazu gibt es (noch) keine einheitliche Meinung. Trinckle 3D, Igus, Invenio, da IWS und das IMS erwarten wie nachfolgend begründet eine Abnahme der Kosten. Trinckle 3D „sieht in der jüngeren Vergangenheit immer mehr Firmen, die beginnen, 3D-Drucker herzustellen und zu betreiben. Durch mehr Konkurrenz und mehr technische Innovationen beispielsweise zu Effizienz und Geschwindigkeit“ wird erwartet, „dass die additive Fertigung insgesamt günstiger und für immer mehr Anwendungsfälle wirtschaftlich interessant wird.“ Igus begründet seine Ansicht damit, dass „immer mehr fundamentale Patente im Bereich des 3D-Drucks auslaufen oder schon ausgelaufen sind. Daher wird zukünftig der Wettbewerb unter den Anlagenherstellern deutlich wachsen, da die Anzahl der Anbieter sehr wahrscheinlich deutlich steigen wird.“ Invenio spricht von „leicht sinkenden“ Bauteilkosten, „durch Prozessbeschleunigung und Produktivitätssteigerung bei gleichbleibend hohem Wettbewerbsdruck.“ Igus „erwartet aufgrund des höheren Wettbewerbsdrucks erhebliche Einsparungen bei den Anlagen“ und bei den „Bauteilkosten von mehr als 20 % innerhalb der nächsten drei Jahre.“ Nach dem IMS „werden sich durch den Prozess bedingt die Bauteilkosten nicht sehr stark ändern. Allerdings werden die Materialkosten aufgrund verstärkter Nachfrage sinken. Gleichzeitig werden die Geräte kostengünstiger werden.“ „Die Zunahme der Konkurrenz und sinkende Marktpreise“ führt das IWS für sinkende Bauteilkosten an.

Bahsys und 4D Concepts sehen sowohl Faktoren, die kostensteigernd wirken als auch solche, die für fallende Kosten sorgen. Nach Bahsys „orientieren sich die späteren Bauteilkosten sehr stark an der Fertigungsgeschwindigkeit. Eine neuere und schnellere Maschinengeneration könnte zu günstigeren Bauteilen führen. Da sich der Bauteilpreis zum anderen aber auch nach dem Materialverbrauch richtet, könnten Neuentwicklungen auch zu steigenden Rohstoffpreisen und demnach höheren Bauteilkosten führen.“ 4D Concepts stellt fest, dass „die Bauteilkosten hauptsächlich von Werkstoffkosten und Maschinenkosten abhängen. Beide Kostenfaktoren waren in den letzten Jahren stabil auf hohem Niveau, vor allem bei den AM-Systemen der Produktionsklasse.“ Das Unternehmen „erwartet sogar eher noch eine Steigerung bei den Investitionskosten, da seitens der Hersteller QM-Funktionalität in die Systeme eingebracht werden muss. Hier sind erste Systeme angekündigt. Bei den Werkstoffen hat sich zwar das Spektrum verbreitert, allerdings sind auch die Kosten stabil geblieben und liegen deutlich höher als die Werkstoffkosten konventioneller Fertigungsverfahren. Die Werkstoffkosten werden einen signifikanten Einfluss auf die kaufmännische Bewertung von AM gegenüber konventionellen Verfahren haben.“

Bauteile ohne Stützkonstruktion drucken

Die Bewertung des an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften vom IMS entwickelte 3D-Druckverfahren, das Stützkonstruktionen weitgehend entbehrlich macht, erfolgt durch die dienstleistenden Firmen als potentielle Anwender mit Einschränkungen positiv. So schreibt 4D Concepts, dass dies „ein interessanter Ansatz“ ist, der nach Einschätzung“ dieses Unternehmens „aber einen der Hauptvorteile von AM, die geometrische Freiheit, nicht komplett abdecken kann. Ein solcher Ansatz wurde erstmalig von der Firma Arburg verfolgt, dann aber in deren AM-System Freeformer nicht realisiert.“ Auch Trinckle 3D „erscheint die Technik insgesamt interessant ebenso wie eine ähnliche Herangehensweise der Firma Arburg.“ Es wird „hierbei eine besondere Herausforderung an die Treibersoftware und an die Bauteilkonstrukteure gesehen, da für die Bauteilqualität die Schichtausrichtung zu berücksichtigen ist.“ Igus sieht für dieses Verfahren ebenfalls „sehr hohe Chancen, wenn wie bei anderen Verfahren die Generierung des Maschinencodes aus dem 3D-Modell vollautomatisch abläuft.“ Nach Bahsys „zeigt die hier vorgestellt Anlage mit der Erweiterung durch eine bewegliche Grundplatte grundsätzlich eine begünstigte Herstellung der Bauteile. In wie weit Support-Strukturen wirklich komplett ersetzt werden können, müsste anhand einiger Muster getestet werden. Aktuell ist schwer vorstellbar, dass komplett auf Stützstrukturen verzichtet werden kann.“ Auch das IWS sieht ein „großes Potential“ in diesem Verfahren und dass die „Limitation hinsichtlich der Gestaltungsfreiheit gemindert wird.“ Der Entwickler des Verfahrens, das IMS stellt fest, dass „die Machbarkeit bewiesen wurde. Insofern besteht ein gutes Potential für die Erweiterung der Gerätetechnik für spezielle Anwendungen.“

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter. office@hoffmanns-texte.de

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