Additive Fertigung

Additive Fertigung (englisch Additive Manufacturing, AM), umgangssprachlich 3D-Druck, ist die Herstellung von Bauteilen durch schrittweises Hinzufügen von Material, meist Schicht für Schicht, direkt auf Grundlage eines digitalen 3D-Modells. Sie ist das Gegenstück zu subtraktiven Verfahren, die Material von einem Rohteil abtragen (Zerspanung), und zu Verfahren, die dem Material mit einer Form oder einem Werkzeug Gestalt geben (Gießen, Spritzgießen, Umformen).

Der Ablauf beginnt mit dem CAD-Modell, das in ein Druckformat umgewandelt wird (STL, 3MF, auch STEP). In der Druckvorbereitungssoftware wird das Teil ausgerichtet, mit Stützstrukturen versehen und in Schichten zerlegt (Slicing). Den Abschluss bildet die 3D-Druck-Nachbearbeitung: Entfernen der Stützen oder des Pulvers, Reinigen, Nachhärten oder Wärmebehandlung, bei Bedarf spanende Bearbeitung der Funktionsflächen und Oberflächenbehandlung.

Die Norm DIN EN ISO/ASTM 52900 teilt die additiven Verfahren in sieben Gruppen ein: Materialextrusion (Material Extrusion, zum Beispiel FDM), badbasierte Photopolymerisation (Vat Photopolymerization, SLA und DLP), pulverbettbasiertes Schmelzen (Powder Bed Fusion, SLS, MJF sowie für Metalle SLM oder DMLS), Freistrahl-Materialauftrag (Material Jetting, PolyJet), Freistrahl-Bindemittelauftrag (Binder Jetting), Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung (Directed Energy Deposition, DED) und Schichtlaminierung (Sheet Lamination). Sie unterscheiden sich in Werkstoffen, Genauigkeit, Oberfläche, Bauteilgröße und Kosten.

Der Hauptvorteil: Es wird weder Form noch Werkzeug benötigt, das erste Teil liegt nach Stunden bis Tagen vor, und eine komplexere Geometrie erhöht den Preis nur wenig. Möglich sind innenliegende Kanäle, Gitterstrukturen oder Baugruppen, die zu einem einzigen Teil zusammengefasst werden. Nachteile sind der Stückpreis, der mit steigender Stückzahl nur langsam sinkt, die begrenzte Bauteilgröße, sichtbare Schichten an der Oberfläche und oft richtungsabhängige Eigenschaften (Anisotropie).

Additive Fertigung ist die naheliegende Wahl für Prototypen und die schnelle Überprüfung von Entwürfen, wo sie den manuellen Modellbau weitgehend abgelöst hat. Sie wird außerdem für Vorrichtungen, Lehren und Montagehilfen eingesetzt, für Einsätze von Formen und Werkzeugen (Rapid Tooling), für Ersatzteile auf Abruf und für individuell angepasste Produkte, etwa in der Zahntechnik oder Orthopädie.

Für Serienteile lohnt sie sich vor allem bei kleinen Stückzahlen, bei geometrisch komplexen Teilen, die sonst aus mehreren Einzelteilen bestehen oder ein teures Werkzeug erfordern würden, und dort, wo geringeres Gewicht im Betrieb Einsparungen bringt. Entscheiden Sie nach Stückzahl, gefordertem Werkstoff, Genauigkeit und Oberfläche, nicht danach, ob ein Teil technisch „druckbar“ ist.

Ein häufiger Fehler ist es, ein für Zerspanung oder Spritzguss konstruiertes Teil unverändert zu drucken und nur den Preis zu vergleichen. Den vollen Nutzen bringt erst eine Konstruktion, die auf die additive Fertigung ausgelegt ist (Design for Additive Manufacturing, DfAM): Ausrichtung zu den Schichten, möglichst wenige Stützen, Leichtbau, gleichmäßige Wandstärken und Öffnungen, durch die Pulver oder Harz entfernt werden kann. Auch Komplexität ist nicht ganz umsonst, denn Stützen und Nachbearbeitung können einen erheblichen Teil von Kosten und Zeit ausmachen.

Setzen Sie Druckteil und Serienteil nicht gleich. Selbst aus derselben Kunststoffart hat ein Druckteil eine andere Festigkeit, Bruchdehnung und Alterungsbeständigkeit als ein Spritzgussteil. Geben Sie in der Anfrage das Verfahren oder zumindest den Zweck des Teils an, dazu Werkstoff, kritische Maße mit Toleranzen, Anforderungen an die Oberfläche und die Stückzahl. Prüfen Sie bei Daten im STL-Format, ob die Triangulation fein genug ist, damit gekrümmte Flächen nicht kantig wirken.