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Artikel und Hintergründe zum Thema

Fertigungsverfahren / Metallbearbeitung

Stefan Kuppinger,

Generative Fertigung ist auf dem Vormarsch

„Aus dem Vollen fräsen“ war gestern. In bestimmten Bereichen gehört der generativen Fertigung die Zukunft. Als Rapid Prototyping bekannt und bislang überwiegend in der Entwicklung im Einsatz, soll das Verfahren auch die Fertigung von metallischen Bauteilen revolutionieren. Andrzej Grzesiak, Leiter der Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung am Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), skizziert im Interview das Potential der Technologie.

Anwendung in der Industrie: Mittels „Selektive Laser Melting“ (SLM) können metallische Bauteile mit beliebig komplexen Geometrien realisiert werden.

© Fraunhofer

Herr Grzesiak, Maschinengehäuse und andere Bauteile werden üblicherweise noch aus dem Vollen gefräst. Welche Vorteile hat die generative Fertigung hinsichtlich der Realisierung komplexer Geometrien?

Grzesiak: Der wesentliche Vorteil der so genannten schichtbildenden Verfahren liegt darin, dass jede Form produzierbar ist, die sich mit einem 3D CAD-Programm erzeugen lässt. Es gibt auch keine Einschränkungen in der Herstellung durchscheinender oder hohler Strukturen. Ebenso sind komplexe Geometrien und Freiformen möglich.

Wo gibt es Anwendungsmöglichkeiten in der Serienfertigung?

Grzesiak: Hier stehen wir erst am Anfang der Entwicklung. Neue verbesserte Materialien und stabilere Prozesse werden gerade entwickelt. Nichtsdestotrotz haben wir schon die ersten Anwendungen bei der individualisierten Massenfertigung von Implantaten, in der Zahntechnik und leichten Automatisierungskomponenten. Dazu kommen Anwendungen im Flugzeugbau, in dem besonders der Leichtbau mit Titan eine große Rolle spielen wird.

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Andrzej Grzesiak, Leiter der Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung: „Die direkte und schnelle Fertigung mittels generativer Verfahren ermöglicht dank der fast grenzenlosen Freiheit im Design die Herstellung individueller und optimaler Produkte.“

© Fraunhofer

Gibt es künftig noch Grenzen der gestalterischen Freiheit?

Grzesiak: Die direkte und schnelle Fertigung mittels generativer Verfahren ermöglicht dank der fast grenzenlosen Freiheit in Form und Design die Herstellung individueller und optimaler Produkte. Aufgrund der hohen Elastizität des Materials ist es außerdem möglich, Schnappverbindungen, komplizierte Formschlüsse, Federkraftverbindungen und Geometrien wie Blattfedern oder Schraubenfedern herzustellen. Gegenüber heute müssen weniger Teile montiert und miteinander verbunden werden. Das müssen Konstrukteure zuerst lernen und umsetzen.

Wo sehen Sie die Hauptanwendungsgebiete der generativen Fertigung?

Grzesiak: Medizintechnik, Maschinenbau, Werkzeug- und Formenbau, Luft- und Raumfahrt  - all diese Bereiche sind interessant. Allerdings entscheidet sich der Einsatz generativer Verfahren nicht nach Branchen, sondern nach der Anwendung. In allen Bereichen ist die individualisierte Massenfertigung spezieller Teile und Komponenten kostengünstig realisierbar.

Welche generative Fertigungsmethode hat langfristig die besten Aussichten auf eine breite industrielle Realisierung?

Grzesiak: Man sollte die unterschiedlichen Technologien nicht gegeneinander stellen. Abhängig von der geplanten Anwendung muss die geeignete Technologie gewählt werden. Das ist auch für Neueinsteiger wichtig: Zuerst die Anwendung, dann die Technologie. Heutzutage kommen die Lasersysteme besonders in der Endteilefertigung zum Einsatz. In Zukunft werden auch Drucktechnik-Systeme verstärkt genutzt, insbesondere in der Mikrosystemtechnik und der Biotechnologie. Hier passiert in den nächsten drei bis fünf Jahren sehr viel.

Individualisierte Massenfertigung: Mittels „Selektive Laser Melting“ (SLM) hergestelltes Implantat.

© Fraunhofer

Welche Rolle spielt die generative Fertigung heute in automatisierten Prozessketten?

Grzesiak: Noch keine. Die Integration neuer Fertigungsverfahren in industrielle Prozessketten bietet zwar weit reichende Optimierungsmöglichkeiten, wird aber aufgrund der fehlenden Organisation und die Stand-Alone-Maschinen noch wenig umgesetzt. Mit generativer Fertigung können einige Probleme in konventionellen Produktionsstrukturen gelöst werden, wobei sich die Integration dieser Systeme wegen der fehlenden umfassenden Produktionsmodelle zurzeit noch schwierig gestaltet.

Wie steht's mit der Reproduzierbarkeit der Prozesse und der Qualitätssicherung bei einer Massenfertigung?

Grzesiak: Die Reproduzierbarkeit der Verfahren ist ein Hauptthema der aktuellen Entwicklungen und wird in den nächsten Jahren noch zu realisieren sein. Das Thema Qualität wird in der VDI Richtlinie 3405 „Generative Fertigungsverfahren“ bearbeitet. Dazu laufen gerade viele Forschungsvorhaben wie auch Entwicklungen der Anlagenhersteller.

Medizinische Anwendung: Schicht für Schicht lassen sich zum Beispiel menschliche Knochen nachbilden.

© Fraunhofer

Kann die generative Fertigung konventionelle Verfahren ersetzen?

Grzesiak: Nein, das ist auch nicht das Ziel der Entwicklung. Man soll die richtigen Anwendungsgebiete definieren und nur dort, wo sich wirtschaftliche und technische Vorteile ergeben, vorhandene konventionelle Technologien ersetzen.

Es besteht also keine Gefahr, dass die generative Fertigung langfristig konventionelle Werkzeugmaschinen arbeitslos macht?

Grzesiak: Beide Technologien haben ihre bestimmten Vorteile, die man gezielt nutzen kann. Es gibt jedoch Bereiche, etwa die Dental-Prothetik, in denen die Werkzeugmaschine in den nächsten Jahren ersetzt wird.

Was erwarten Sie vor diesem Hintergrund von der bevorstehenden EMO Hannover 2011?

Grzesiak: Die großen Werkzeugmaschinenhersteller interessieren sich zunehmend für generative Fertigung. Letztendlich ist jede Maschine, die Werkstücke bearbeitet und herstellt, eine Fertigungsmaschine. Ob das mit einem Laser oder einem Fräskopf geschieht, wird künftig frei zu gestalten sein. Vielleicht sind schon auf der EMO in Hannover die ersten Entwicklungen zu sehen. Wenn nicht in diesem, dann bestimmt in den nächsten Jahren.

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