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Die additive Fertigung ist eine der sich am schnellsten entwickelnden Fertigungsarten des letzten Jahrzehnts – und kann jetzt auch ein Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit für die nächsten Jahre werden. Ein sehr wichtiger Faktor. Denn das Thema Nachhaltigkeit ist nicht umsonst in aller Munde. Der Wandel unserer Gesellschaft hin zu mehr Achtsamkeit, Nachhaltigkeit und Umweltschutz ist nicht nur modern – er ist unerlässlich, wenn wir einer Klimakatastrophe entgehen wollen.
Außerdem sind nicht zuletzt die Berge von Plastikmüll, die überwiegend von den führenden Industrie- und Wirtschaftsnationen weltweit verursacht werden, Gründe für das Artensterben und die Verschmutzung der Ozeane. All diese Probleme müssen in den nächsten Monaten und Jahren angegangen werden, wenn wir auch den folgenden Generationen einen Planeten hinterlassen wollen, auf dem es sich zu leben lohnt.
Da kann und muss die Fertigungsindustrie als einer der größten Industriezweige in Deutschland eine führende Rolle einnehmen. Der 3D-Druck als Fertigungsmethode ist ein Schritt hin in die richtige Richtung. Wie interessant die additive Fertigung für das Thema Umweltschutz insgesamt sein kann, zeigen verschiedene Initiativen in diesem Bereich. So zum Beispiel der Einsatz der AMGTA (Additive Manufacturer Green Trade Association) – einer Organisation, die die Umweltvorteile der additiven Fertigung im Vergleich zu anderen Fertigungsmethoden fördern und herausstellen will.
Was genau unterscheidet die additive Fertigung von klassischen Fertigungsmethoden?
Additive Fertigung oder 3D-Druck sind Sammelbezeichnungen für verschiedene Fertigungsmethoden. Diese Methoden eint der Umstand, dass ein Produkt hier durch eine Art Schichtaufbau entsteht. Das Material wird Schicht für Schicht aufgetragen, bis das fertige Produkt entstanden ist. So wird das zu fertigende Teil quasi „gedruckt“.
Verwendet werden dabei verschiedene Materialien wie:
- Kunststoffe
- Keramik
- Verschiedene Metalle
- Kunstharze
Damit Sie am Ende ein fertiges Produkt in Händen halten können, muss das zu druckende Objekt als erstes virtuell entstehen. Dafür wird das Objekt in einem CAD-Programm vorgezeichnet. Anschließend wird diese Vorlage zum Druck an den 3D-Drucker übertragen.
Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Fertigungsmethoden, bei denen Materialschichten abgetragen werden müssen, um ein Teil herauszuarbeiten, erfolgt hier also ein zielgerichteter Aufbau von Schichten.
Additive Fertigung macht das fertige Produkt nachhaltiger
Damit man ein Produkt als besonders nachhaltig bezeichnen kann, muss es eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Auf die Fragen der Produktion, Lagerung und des Transports werden wir gleich noch näher eingehen. Hier geht es erst einmal um das fertige Objekt selbst. Tatsächlich kann additive Fertigung dazu führen, dass ein fertiges Produkt langlebiger und damit nachhaltiger wird.
Viele Maschinenteile beispielsweise haben ihre Schwachstellen an Nähten, Schweißstellen oder Punkten, an denen mehrere Teile miteinander verbunden werden müssen. Genau solche Bereiche gibt es bei der additiven Fertigung nicht. Denn hier können Sie ganze Produktgruppen zu einem großen Ergebnis zusammengesetzt drucken lassen. Brauchen Sie beispielsweise ein Teil, das klassisch aus mehreren kleinen Einzelteilen zusammengesetzt werden muss, kann der 3D-Druck diese Teile direkt als eine Einheit drucken.
Der Wegfall solcher Schwachstellen führt automatisch zu einem geringeren Defektrisiko und damit im Durchschnitt zu einer längeren Lebenszeit der Produkte. Das wiederum reduziert unter dem Strich den Abfall, der im Laufe der Jahre durch notwendige Reparaturen und durch den Ersatz von beschädigten Teilen entsteht.
Hinzu kommt der Umstand, dass die Materialien im 3D-Druck sehr langlebig und haltbar sind. Auch die UV- und Hitze-Beständigkeit der Produkte aus dem 3D-Druck ist beachtlich. Nicht umsonst werden viele Teile für die Automobilindustrie sowie für die Luft- und Raumfahrtindustrie bereits im 3D-Druck hergestellt.
Mit additiver Fertigung können Sie in Sachen Materialeinsatz deutlich sparen
Wie erwähnt handelt es sich bei der additiven Fertigung um ein aufbauendes Verfahren. Ein Produkt wird Schicht um Schicht aufgebaut und am Ende liegt das fertige Teil vor. Tatsächlich gibt es hier bei den einzelnen Fertigungsmethoden im 3D-Druck einige Unterschiede. So arbeiten manche 3D-Drucker mit einer pulver- oder harzbasierten Fertigungsmethode.
Dabei wird jeweils eine vollständige Materialschicht aufgebaut, die dann durch Lasereinsatz so verschmolzen wird, dass die gewünschte Form entsteht. Anschließend wird wieder eine Pulver- oder Harzschicht aufgebracht, die wiederum so weit verformt wird, dass das Produkt immer weiterwächst.
Hierbei entsteht ein gewisser Materialverschnitt. Dieser wird jedoch aufgefangen und kann für die nächste Produktion wiederverwendet werden. Das Paradebeispiel für Materialeinsparungen im 3D-Druck liefert die Methode des Fused Deposition Modeling (FDM). Hierbei wird tatsächlich nur das Material auf das Druckobjekt aufgebracht, das für die nächste Schicht gebraucht wird.
Der einzige Materialabfall, der hierbei entsteht, sind die mitgedruckten Stützstrukturen. Diese werden nach dem Druck und dem vollständigen Aushärten des Produktes entfernt und stellen letztlich den einzigen Materialverschnitt dar.
Wichtig zu wissen
Der Ablauf im 3D-Druck sieht vor, dass in der Entwicklung von Produkten zuerst ein Probedruck vorgenommen wird. Anhand dieses Probedrucks kann dann geprüft werden, ob die zugrunde liegende Zeichnung weiter verfeinert werden muss und ob es noch Schwachstellen oder Problempunkte bei dem fertigen Produkt gibt.
Bis ein Modell in Serie gedruckt werden kann, können mehrere Probedrucke erforderlich sein. Das erhöht anfangs das Materialaufkommen natürlich etwas. Sobald die Grundzeichnung aber so weit perfektioniert ist, dass das Produkt in Serie gedruckt werden kann, gleicht sich dieser anfängliche Materialverbrauch sehr schnell wieder aus.
Der Energieverbrauch der Gesamtproduktion wird häufig deutlich reduziert
Tatsächlich ist der Energieverbrauch bei jedem einzelnen Fertigungsprozess im 3D-Druck relativ hoch, sodass es nicht ganz leicht ist, hier einen direkten Vergleich zu ziehen. Es kann vorkommen, dass in einzelnen Bereichen gerade das Spritzgießverfahren energieeffizienter eingesetzt werden kann als die additive Fertigung.
Auch hierbei muss man allerdings das Gesamtbild betrachten. Denn gerade für das Spritzgießverfahren muss zuerst die entsprechende Form hergestellt werden. Außerdem lohnt sich dieses Verfahren oftmals erst ab einer gewissen Stückzahl. Bei geringen Stückzahlen kann man daher in der Regel davon ausgehen, dass die additive Fertigung die energieeffizienteste Fertigungsvariante ist.
Gleiches gilt übrigens, je filigraner und komplizierter ein Teil in der Fertigung wird. Im 3D-Druck spielt es keine Rolle, ob Sie ein Produkt mit Innenleben benötigen. Ein besonders komplexes oder kompliziertes Teil zu drucken, stellt den 3D-Drucker vor keine größere Herausforderung als die Herstellung einer einfachen Kugel. Das im jeweiligen CAD-Programm gezeichnete und vorprogrammierte Produkt wird gedruckt. Bei herkömmlichen Fertigungsmethoden macht es allerdings einen Unterschied, ob viele Kleinteile benötigt werden oder eine Konstruktion besonders kompliziert ist.
Man kann daher unter dem Strich festhalten, dass die additive Fertigung bei kleinen Stückzahlen und/oder bei besonders komplizierten Produkten in der Regel die energieeffizientere Lösung ist. Im Vergleich zu subtraktiven Fertigungsverfahren hat der 3D-Druck in Sachen Energieeffizienz ohnehin meist die Nase vorn.
Mit additiver Fertigung verändern sich die Lieferwege
Der 3D-Druck macht Fertigungsbetriebe sehr viel variabler. Aus der Vergangenheit kennt man es so, dass Hersteller für Fahrzeugteile die Autoindustrie beliefert haben, während Hersteller aus anderen Bereichen für andere Industriezweige wie die Lebensmittelindustrie zuständig waren.
Hier muss es aber künftig keine großen Unterschiede mehr geben. Denn ein 3D-Drucker kann jedes beliebige Produkt drucken – vorausgesetzt, der entsprechende Plan steht in der EDV zur Verfügung. Das erhöht die Vielfalt an möglichen Herstellern und Lieferanten und kann die Lieferwege erheblich reduzieren.
So sparen Sie Lagerfläche und damit erhebliche Kosten dank der additiven Fertigung
Ein sehr wichtiger Vorteil im Bereich der additiven Fertigung ist das mögliche Ersparnis an Lagerfläche. Gerade wer mit kleinen Teilen wie Schrauben, Nägeln oder Ersatzteilen arbeiten muss, kann diese oftmals nur in sehr großen Mengen bestellen. Das wiederum hat zur Folge, dass Lagerplatz für die Materialien gebraucht wird.
Mit dem 3D-Druck Verfahren können auch solche Kleinteile genau nach Bedarf hergestellt und versandt werden. Es gibt bereits große Hersteller von Küchengeräten, die in Zusammenarbeit mit einem Fertigungsbetrieb, der im 3D-Druck arbeitet, Ersatzteile für ihre Kunden nur auf Bestellung hin fertigen lässt und diese dann direkt an die Kunden versendet. So wird neben der Lagerfläche auch noch ein kompletter Lieferweg gespart.
Fertigung on Demand – was einst belächelt wurde ist heute ein Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit
Die Fertigung on Demand ist keine neue Idee – aber eine, die erst in den letzten Jahren so richtig beliebt geworden ist. In verschiedenen Branchen wie dem Buchdruck beispielsweise gab es die Fertigung oder Druck on Demand schon zur Jahrtausendwende. Von den großen Verlagen, die sich seinerzeit noch überwiegend über Auflagenhöhen definierten, schnell abgelehnt, blieb das Verfahren eher Selfpublishern und Kleinverlegern vorbehalten.
Heute erobert genau dieses Verfahren dank der Möglichkeiten des 3D-Drucks ganze Industriezweige. Denn gerade Teile, die nicht regelmäßig oder sogar nur ein oder zweimal im Jahr benötigt werden, lassen sich wunderbar auf Zuruf innerhalb weniger Tage produzieren und versenden. Ist einmal der passende Produktplan für das CAD-Programm erstellt, kann der Druck zu jeder Zeit wiederholt werden. Die Produktionskosten pro Teil unterscheiden sich dabei aber kaum – unabhängig von der tatsächlichen Produktionsmenge.
Fazit: Die additive Fertigung kann – richtig angewandt – ein Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit sein
Der 3D-Druck bietet eine Menge Möglichkeiten, die Fertigung in Deutschland weiter zu vereinfachen und nachhaltiger zu gestalten. Vor allem wenn es darum geht:
- Kleinteile,
- selten benötigte Ersatzteile,
- besonders komplizierte Teile oder
- einen ganzen Bausatz als fertiges Teil
zu erstellen. Außerdem bietet die additive Fertigung die Chance, Bereiche wie die Lagerhaltung, die Lieferwege und die eigenen Bestellmengen neu zu definieren. Das die im additiven Verfahren hergestellten Teile es in Sachen Langlebigkeit, Robustheit und Qualität mit ihren Konkurrenten aus anderen Fertigungsbereichen problemlos aufnehmen können, macht die Entscheidung für diese Fertigungsmethode für verarbeitende Betriebe noch leichter
