Kunststoffe sind innerhalb der Fertigung nicht mehr wegzudenken – und werden künftig noch wichtiger für eine Vielzahl von Industrien. Insbesondere die additive Fertigung profitiert hier von Innovationen und Neuheiten – und sollte diese Chance für die Zukunft nutzen
Strukturen, gegen die selbst Ameisen wie Giganten wirken, lichtdurchlässige Bauteile, die Flüssigkeitsstände erkennen lassen oder auch widerstandsfähige, gehärtete Leichtbauelemente für den Einsatz im Automobilbereich zum Abgastransport – die Liste an Einsatzmöglichkeiten additiv gefertigter Bauteile ist schier unendlich. Früher als seltsame Randerscheinung belächelt, hat sich der 3D-Druck mittlerweile zu einem wahrhaftigen Massenphänomen entwickelt, das praktisch jede Branche erreichen konnte – und dem es gelang, so manche Idee auf den Kopf zu stellen und zugleich Unmögliches möglich zu machen.
Was dabei vielen nicht klar ist, ist die zentrale Rolle, die hierbei Kunststoffe spielen. Zu jedem der vorab genannten Beispiele gibt es reelle Anwendungsfälle, in denen Kunststoffe zum Einsatz kommen – und anderen Materialien wie Metallen teilweise weit überlegen sind. Dabei handelt es sich hier nur um eine winzige Auswahl potenzieller Branchen, Industrien und Themenfelder, innerhalb derer der 3D-Druck einen entscheidenden Unterschied machen kann – und in Zukunft verstärkt werden wird. Die additive Fertigung – und dies sollte unstrittig sein – ist eine der Zukunftstechnologien, die Innovationskraft und fast grenzenloses Potenzial unter sich vereinen und Kunststoffe – ganz gleich, ob bereits heute verfügbare Polymere oder künftige duroplastische Harze – sind die Quelle ihrer Kraft.
Additive Fertigung und Kunststoffe – eine unzertrennliche Verbindung
Wer sich eingehend mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung auseinandergesetzt hat, weiß, dass insbesondere im Kunststoffbereich eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren existiert, die alle speziell auf den jeweiligen Kunststoff zugeschnitten sind. Während der Metall-3D-Druck sich stets auf eine bestimmte Legierung konzentriert, die als Pulver vorliegt und mittels eines Lasers verschmolzen werden muss, können bei der additiven Fertigung mit Kunststoffen Harze ausgehärtet, Pulver auf Nylonbasis verschmolzen und Elastomere durch flüssige Photopolymere verbunden werden. Selbst sauerstoffdurchlässige Optiken und programmierbare Flüssigharze kommen zum Einsatz, um Kundenwünsche zu erfüllen und nie dagewesene Strukturen mit herkömmlich undenkbaren Designs zu schaffen.
Die additive Fertigung mit Kunststoffen ist dabei branchenübergreifend eine Möglichkeit, um nie Dagewesenes zu verwirklichen und ermöglicht – auch aufgrund der Recyclingfähigkeit vieler Polymere – ein nachhaltiges Wirtschaften. Zugleich ist sie in Verbindung mit den einzigartigen Möglichkeiten des 3D-Drucks ein Vorzeichenwechsel für die Realisierung von Ideen und Innovationen. Da durch die Schichtbauweise, die allen additiven Verfahren gemein ist, auch innenliegende Kanäle und Tunnel machbar sind, Gewinde und Überhänge aller Art realisiert werden können und die unterschiedlichen Kunststoffe sich durch eine Vielzahl an physischen, optischen und durch Nachbearbeitung erreichbaren Eigenschaften in Teilen kaum von Metallen unterscheiden, sind die Möglichkeiten dieser Kombination beinahe unbegrenzt. Damit aber nicht genug: Neuheiten und Markteinführungen prägen die aktuelle Diskussion rund um den 3D-Druck mit Kunststoffen ganz zu Recht.
Neuheiten, die die Welt von Morgen prägen
So wurde etwa allein bei Protolabs in den vergangenen zwölf Monaten eine so hohe Schlagzahl bei den Neueinführungen hinsichtlich Technologien oder neuen Kunststoffmaterialien erreicht, wie praktisch nie zuvor in der Geschichte des Unternehmens. Ganz gleich ob PAx Smooth Natural, einem Polyamid, dass sich durch hohe Zähigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit auszeichnet und durch glatte, lichtdurchlässige Oberfläche besticht, die Spritzgussteilen ähnelt, oder die Vapour-Smoothing-Variante von PAx Smooth Natural, das zusätzlich transluzent ist und sich so exzellent für Flüssigkeits-, Text- und Bilddarstellungen eignet; egal ob PA 12 Glass Beads Smooth Grau – ebenfalls ein Polyamid – das sich durch hohe Hitzebeständigkeit und Formstabilität auszeichnet oder EPX 82 (by Carbon DLS), ein steifes Material mit hoher chemischer und thermischer Beständigkeit bis zu 130 °C – neue Materialien prägten und prägen die additive Fertigung mit Kunststoff. Zugleich führte man bei Protolabs mittels der Digital Light Synthesis by Carbon 3D auch noch eine vollkommen neuartige Drucktechnologie ein – mit der das Team von Protolabs in Putzbrunn es schaffte, Teile in einer Größe und Qualität zu produzieren, die selbst der Hersteller nicht für möglich gehalten hätte. Ein echter Beweis für Protolabs Kompetenz in der additiven Fertigung.
Diese Entwicklung im Bereich der additiven Fertigung mittels Kunststoffe macht gleichzeitig auch gespannt auf die Zukunft. Welche Materialien werden noch eingeführt werden? Welche Drucktechnologien folgen? Wie wird sich künstliche Intelligenz auf die Fertigung auswirken? Und welche Möglichkeiten ergeben sich für unterschiedliche Branchen und Industrien durch Neueinführungen an dieser Stelle? Klar ist: Die Entwicklung ist an dieser Stelle noch lange nicht zu Ende und wird die additive Fertigung, Fertigungsdienstleister wie Protolabs und auch die gesamte Industrie noch lange begleiten – und so manche Innovation für die Zukunft bereithalten.
Eine Strategie, um branchenübergreifend Innovation zu ermöglichen
Für Fertigungsdienstleister wie Protolabs ergibt sich aus dieser Entwicklung nur ein logischer Schritt: Man muss sich dort so stark wie möglich positionieren, wo die Innovationskraft am höchsten ist und die Möglichkeiten, die Zukunft zu gestalten, am breitesten gefächert sind. Dabei geht es nicht darum, herkömmliche Fertigungsmethoden oder sogar DMLS – also den Druck von Metallen – zu vernachlässigen. Diese Schwerpunkte müssen jedoch ihre eigene Sphäre einnehmen und können in der Größenordnung hervorragend durch unsere 3DP Protolabs US-Facility in Raleigh / North Carolina oder durch das Protolabs Network und andere Standorte, z. B. in Europa abgedeckt werden.
Für Protolabs in Putzbrunn, unserem europäischen Kompetenzzentrum für 3D-Druck, werden Polymere in der Zukunft der additiven Fertigung eine bedeutende Rolle spielen- und in Zukunft noch wesentlich wichtiger werden. Um branchenübergreifende Innovationen zu ermöglichen, ist man daher gut beraten, sich auf das zu konzentrieren, was viele Industrien, Branchen und Unternehmen in Zukunft weiterbringen wird. In Kombination mit den Mitarbeitenden von Protolabs und deren breitgefächerter Expertise – die schon von vielen Kunden als externe R&D-Abteilung angesehen werden – ergibt sich dann schlussendlich eine wunderbare Synergie, die für die Kundinnen und Kunden von Protolabs vor allem eines bedeutet: schier grenzenlose Möglichkeiten und Mehrwerte, die Konkurrenzfähigkeit und zukunftsgerichtet Innovationen bedeuten und ich bin gespannt, auf die großen Innovationen im Bereich 3DP-Polymere und Produkte, die von unserem Standort in Putzbrunn kommen werden.
Autor: Daniel Cohn, Senior Director Global 3DP Operations & Managing Director bei Protolabs
Bei Interesse vermitteln wir hierzu sehr gerne Interviews mit Daniel Cohn.
Protolabs ist der weltweit führende Digitalhersteller für kundenspezifische Prototypen und Kleinserienteile. Das technologieorientierte Unternehmen verwendet fortschrittliche Technologien für 3D-Druck, CNC-Bearbeitung und Spritzguss, um Teile innerhalb weniger Tage zu fertigen. Das Ergebnis ist eine beispiellos schnelle Markteinführung für Produktdesigner und Ingenieure weltweit.
Aspekte:
-Digitale 3D-CAD-Modelle werden von einem automatisierten Angebotssystem und urheberrechtlich geschützter Software in Anweisungen für Hochgeschwindigkeits-Fertigungsanlagen umgewandelt. Dabei wird ein digitaler Zwilling des gewünschten Teils erstellt. Das Resultat sind Teile, die volldigitalisiert hergestellt und innerhalb von einem bis 15 Tagen geliefert werden.
-Das Unternehmen stützt sich auf drei primäre Dienstleistungen: Spritzguss, CNC-Bearbeitung und 3D-Druck (Additive Fertigung).
-Die Spritzgusstechnik wird für Quick-turn-Prototypenherstellung, Bridge-Tooling und Kleinserienproduktion von bis zu 10.000 und mehr Teilen sowie für kleinere Mengen von Altteilen eingesetzt. Das Unternehmen bietet mehr als 100 Thermoplaste, Metalle und Silikone an.
-Protolabs verwendet indexiertes 3- und 5-Achsen-Fräsen und Drehen zur Bearbeitung von technischem Kunststoff und Prototypen aus Metall sowie von funktionsfähigen Fertigteilen in Mengen von weniger als 200.
Bei der Additiven Fertigung werden fortschrittliche 3D-Drucktechnologien eingesetzt, die extrem genaue Prototypen mit komplexen Geometrien erstellen können. Additive Teile werden mit Stereolithographie, selektivem Lasersintern, Multi Jet Fusion, PolyJet und Direktem Metall-Lasersintern sowie in verschiedenen Kunststoffen und Metallen hergestellt.
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