Zukunftstechnologie 3D-Druck im Maschinen

4 3D-druck
3d printing Viele sprechen von den Potenzialen des
3D-Drucks. Wie kommt es hierzu?
Zukunftstechnologie 3D-Druck im Maschinen- und Anlagenbau
3D printing – technology of the future in machinery and plant engineering
„Die Vielfalt der Technologien ist groß, die Zahl der
Anwendungsgebiete und das Potenzial sind gewaltig!“
Rainer Gebhardt ist im VDMA Ansprechpartner
für Industrieexperten rund um die als 3D-Druck
bekannt gewordenen Generativen Verfahren.
Derzeit baut Herr Gebhardt eine neutrale Austauschplattform für 3D-Druck im industriellen
Bereich auf und entwickelt Verbandsdienstleistungen für Maschinenbauer, die sich für diese
Herstellungsverfahren interessieren. Wie würden Sie 3D-Druck oder Generative
Verfahren in einem Satz erklären? Was ist das
neue Element, das der 3D-Druck mit sich bringt?
3D-Druck ist der Oberbegriff für werkzeuglose
Herstellungsverfahren, die den schichtweisen
Aufbau von Bauteilen aus digitalen Daten erlauben. Dieses werkzeuglose Herstellungsverfahren
verändert die Art der Konstruktion radikal und
eröffnet somit vollkommen neue Gestaltungsfreiräume.
Within the VDMA, Rainer Gebhardt is the contact
person for industry experts as far as all aspects of
the generative / additive manufacturing process
that has become known as 3D printing are concerned. At present, Mr Gebhardt is establishing a neutral exchange platform for 3D printing in
the industrial sector and develops services which
will be provided by the Association for machinery
manufacturers interested in this production
method.
How would you explain 3D printing
or generative / additive manufacturing in
one sentence? What is the new element
brought about by 3D printing?
3D printing is the broader term for tool-less
manufacturing methods which enable to manufacture components from digital data layer upon layer. This tool-less production
method changes the approach to manufacturing
profoundly and thus allows completely new
design freedoms.
Argumente für den Erfolg der Technologie und für
das breite Interesse gibt es viele: Neue Konstruktionsfreiräume, schnelle und werkzeuglose Herstellung von Prototypen, Potenziale zur Reduzierung von Kosten in der Lagerhaltung und Logistik
bilden hier erst den Anfang. Viel Anlass zu kontroversen Diskussionen gibt 3D-Druck auch mit Blick
auf Themen wie Copyright, Schutz von geistigem
Eigentum etc. Gibt es eine Verbindung zwischen 3D-Druck
und der etablierten Drucktechnik der grafischen
Industrie?
Der 3D-Druck ist Drucken in der dritten Dimension. Der junge Industriezweig hat viele Berührungspunkte mit dem etablierten
Maschinen- und Anlagenbau der grafischen
Industrie: Produktivität, Datenhandling, Reproduzierbarkeit, Präzision, Standards und Normen für Qualität und Sicherheit, um nur einige Beispiel zu nennen. Die jahrzehntelange Erfahrung, das Wissen und die Vernetzung im Fachverband Druck- und Papiertechnik bieten aus meiner Sicht eine hervorragende Basis für dieses Zukunftsthema.
Many talk about the potentials of 3D printing.
But why?
There are many reasons for the success of this
technology and the great interest it has aroused:
New freedoms in design and construction, fast
and tool-less prototype manufacturing, potentials
for a reduction of costs in stock-keeping and logistics are just a prelude. 3D printing also gives
many causes for controversial discussions with
regard to subjects like copyright, protection of
intellectual property, etc.
„There is a wide array of technologies;
the number of fields of application and
the potential are huge!“
Is there a connection between 3D printing and
the established printing methods in the graphic
arts industry?
3D printing is printing in the third dimension.
This young line of business has many points linking
it with traditional machinery manufacturing for
the graphic arts industry: Productivity, data handling, reproducibility, precision, norms and
standards for quality and security, to give just a few examples. From my point of view, decades 5
6 3D-Druck
3D-Printing Inwiefern beeinflussen die Entwicklungen im
3D-Druck die Bereiche der herkömmlichen
industriellen Fertigung?
Große Anlagenbauer haben beispielsweise Abteilungen für 3D-Druckverfahren. Diese eröffnen
ganz neue Lösungswege in der Entwicklung und
Konstruktion. International wittern Industrie und
Wirtschaft im 3D-Druck neue Geschäftsfelder.
Die innovativen Fertigungsmethoden des
3D-Drucks definieren die Welt der Produktion
neu: vom Prototypenbau über die Planung von
Ersatzteilen bis hin zur Einzelteilfertigung. Ganz
anschaulich sind Beispiele für individualisierte
Teile aus der Medizintechnik. Keine zwei Menschen haben eine identische Zahnkrone…
Wird der 3D-Druck herkömmliche
Fertigungsmethoden ersetzen?
Bei aller Euphorie sollte man sich nicht darüber
hinweg täuschen lassen, dass die Geometrie
eines Bauteiles häufig nur ein Bruchteil der Ingenieurleistung ist. Bauteileigenschaften wie Verschleißfestigkeit, Bruchfestigkeit und Verformungseigenschaften sind Merkmale, die
sich nicht einfach mit einer Datenfile und einer
Handvoll Pulver erzeugen lassen. Ausgereifte
Funktionsteile und hochwertige Massenteile des etablierten Maschinenbaus wird der
3D-Druck sicherlich nicht in absehbarer Zeit
ersetzen können.
Ist 3D-Druck noch Zukunftsmusik? Gibt es
Industriebereiche, in denen 3D-Druck bereits
eingesetzt wird?
Der 3D-Druck ist in vielen Fällen heute schon eine hervorragende Methode, um Entwicklungsprozesse zu beschleunigen und Sonderwünsche
zu erfüllen. Auch Spezialanwendungen wie
of experience, the know-how and the network
established within the Printing and Paper Technology Association provide an excellent basis for this key topic of the future.
To what extent do the developments in
3D printing influence traditional industrial
manufacturing processes?
Large machinery manufacturers, e.g., have
departments focusing on 3D printing methods.
The latter enable completely new approaches to
solutions in development and construction.
Industry and commerce see chances for new
business fields in 3D printing on an international
scale. The innovative manufacturing methods of
3D printing redefine the manufacturing world:
from prototype manufacturing to spare parts
planning and one-off production. Pretty obvious
examples for individualised parts are to be found
in medical engineering. No two people have an
identical tooth crown …
Will 3D printing replace the traditional
manufacturing methods?
Despite all the euphoria one should not allow
oneself to be misled and bear in mind that the
geometry of a component is often only a fraction
of the total engineering achievement. Properties
of components like wear resistance, breaking
strength and forming properties are characteristics which cannot simply be created with a data
file and a handful of powder. 3D printing will certainly not be able to replace well-engineered
functional parts and high-quality mass-produced
parts of the established engineering industry in
the foreseeable future.
Leichtbau und bauraumoptimierte Konstruktionen sind vielversprechende Aktionsfelder für die
generativen Verfahren. Konstrukteure, die das
klassische Maschinenbau-Know-how mit den
Konstruktionsmöglichkeiten des 3D-Drucks verbinden, haben die Nase vorn, wenn es darum
geht, die Leistungsfähigkeit von Baugruppen zu
optimieren.
Welches sind die kritischen Faktoren, damit sich
der 3D-Druck auch in der industriellen Fertigung
durchsetzt?
Die Performance der Systeme muss sich verbessern und die Investitionskosten für die Anlagen
müssen im Verhältnis stimmen. Die Material-
kosten werden sich auf einem gesunden Niveau einpendeln. Da die Technologie am Anfang steht
sind hier noch große Potenziale zu erwarten.
Kontakt:
Rainer Gebhardt
Druck- und Papiertechnik
Phone +49 6603-1902
E-Mail rainer.gebhardt@vdma.org
Internet dup.vdma.org/technik_und_forschung
Is 3D printing still a dream of the future? Are
there industrial segments where 3D printing
is already used?
In many cases, 3D printing is already an excellent
method to accelerate development processes and
to satisfy special wishes. Special applications, too,
like light-weight construction and space-saving,
compact designs are promising fields of activity
for the additive manufacturing methods. Design engineers who combine the traditional
engineering know-how with the design options
of 3D printing are ahead of the game when it
comes to optimising the performance of assembly modules.
What are the crucial factors that will help 3D
printing to become widely used in industrial
production as well?
The performance of the systems must be improved and the investment cost incurred for
the systems must not be out of proportion. The
cost of material will level off at a healthy level.
Since this technology is still in its very early stages, great potentials are to be expected.
Contact:
Rainer Gebhardt
Printing and Paper Technology
Phone +49 6603-1902
E-Mail rainer.gebhardt@vdma.org
Internet dup.vdma.org/technik_und_forschung
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8 3d-druck
Bezeichnung
Beschreibung
Material
Anwendung
Thermischer
3D-Druck
Extrusionsverfahren, ähnlich der „Heißklebepistole“ wird
Material aufgespendet, welches dann aushärtet
Kunststoff
meist für Modelle
Polyjet
Material-Spritzen, ähnlich wie beim Tintendrucker wird
Material tröpfchenweise aufgebracht und ausgehärtet z.B. wird Kunststoff durch UV-Strahlung polymerisiert
Kunststoff, Wachs
Modelle / Prototypenherstellung, Gussformen
3D-Druck
Kleber-Spritzen, hier wird ein Bindematerial selektiv auf
eine Materialschicht (z.B. Sand) aufgebracht - später
wird das ungebundenen Material abgenommen und die
gewünschte Kontur bleibt stehen
Quarzsand, Kunststoff, Metalle
Modelle / Prototypenherstellung, Gussformen,
Einzelteile
Laminierverfahren
Schichtaufbau, hier werden z.B. Papierbögen mit der gewünschten Form aufeinander geklebt
Papier, Metall
Einzelteile, Modelle
Stereolithografie
Aushärtung im Flüssigkeitsbad, d.h. ein Fotopolymer
wird z.B. durch gezielten UV-Strahl ausgehärtet
Kunststoff
(Fotopolymer)
Modelle /
Prototypenherstellung
Selektives
Lasersintern
Pulverbett-Schmelzen, hier wird selektiv eine Pulverschicht
durch Wärmeeintrag (Laser) verschweißt. Nach dem
schichtweisen Aufbau kann das lose Material abgenommen werden und es bleibt die gewünschte Kontur stehen
Kunststoffe,
Metalle
Prototypen, Einzelteile,
Sonderteile
Laser-Sintern
Direktes Materialschmelzen - ähnlich dem PulverbettSchmelzen, allerdings wird das Material bereits gezielt
am gewünschten Ort aufgetragen und verschmolzen
Metalle
Einzelteile, Teileaufbau, Reparatur
print media messe
world market print media
Tab.: Übersicht generativer Fertigungsverfahren
and packaging
evolution in print
one world – one drupa
Term
Description
Material
Application
Thermal 3D
printing
Extrusion process, material is dispensed, like it is with the “glue gun”,
and then cures.
Plastic material
Mostly for models
Polyjet
Like in ink jet printers, material is jetted from nozzles drop by drop and then cures – plastic material is, e.g., polymerized by UV radiation.
Plastic material, wax
Model / prototype manufacturing, moulds
3D printing
Glue sprayers, which dispense a bonding agent selectively onto a
layer of material (e.g. sand) – later the loose material is removed and
the desired contour is revealed.
Silica sand,
plastic material,
metals
Model / prototype manufacturing,
moulds, one-off parts
Laminating
process
Application of layer on layer, e.g., paper sheets are cut into the requested form and glued together.
Paper, metal
One-off parts, models
Stereolithography
Curing in a liquid bath, i.e. a photopolymer is cured by means of UV lasers.
Plastic material
(photopolymer)
Model / prototype
manufacturing
Selective laser sintering
Powder bed fusing, here a layer of powder is selectively fused by means
of heat (a laser). When all layers have been built up, the unsintered loose material can be removed and the desired contour is revealed.
Plastic materials, metals
Prototypes, one-off
parts, special parts
Laser
sintering
Direct material fusing – similar to powder bed fusing, in this case,
however, the material is selectively deposited at the requested location already and then fused there.
Metals
One-off parts, design of
parts, repair
Tab.: Overview additive manufacturing
and publishing, converting
may 31 – june 10, 2016
düsseldorf, germany
www.drupa.com
Messe Düsseldorf GmbH
Postfach 10 10 06 _ 40001 Düsseldorf _ Germany
Tel. + 49 (0)2 11/45 60-01 _ Fax + 49 (0)2 11/45 60-6 68
www.messe-duesseldorf.de