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Was ist Additive Fertigung?

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A WarpSPEE3D Metall-3D-Drucker. Eine additive Fertigungstechnologie.

Bei der additiven Fertigung handelt es sich um ein nachhaltiges Produktionskonzept, bei dem Fabriken danach streben, die Bedürfnisse ihrer Kunden zu befriedigen und die natürlichen Ressourcen der Welt zu nutzen. Diese Philosophie wurde als Alternative zur traditionellen Massenproduktion entwickelt, die gemeinhin als nicht nachhaltig und umweltschädlich gilt. 

Das Konzept dieser Produktionsmethode wurde erstmals 1981 dokumentiert, als Hideo Kodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institute ein schichtweises Herstellungsverfahren entwickelte, um seinem Bedarf an einem schnellen Prototyping-System gerecht zu werden. Später, 1983, erfand ein amerikanischer Möbelbauer namens Chris Hull die Stereolithografie, ein System zur Herstellung von 3D-Modellen durch schichtweises Aushärten eines flüssigen Photopolymerharzes. Seit diesen ersten Theorien und Entwicklungen hat sich die additive Fertigung in Scharen weiterentwickelt, wobei ständig neue Technologien entwickelt werden. Heute wird die additive Fertigung weltweit eingesetzt und ständig erweitert.

Ein alternatives Produktionsmittel

AM kann als direkte Antwort auf die zunehmende Kritik und Besorgnis über die derzeitigen Produktionsmethoden betrachtet werden. AM versucht, die Kritikpunkte an der Massenproduktion, die nicht berücksichtigt werden, aufzugreifen. Dazu gehören: die Bedürfnisse der Kunden, die unangemessene und ineffiziente Verwendung von Materialien, Umweltabfälle und nachhaltige Entwicklung.

Der Schlüssel zu AM ist, dass das Objekt in einer computergenerierten Designdatei erstellt wird und dann schnell mit einem 3D-Drucker in die Realität umgesetzt wird. Diese "3D-Drucker" unterscheiden sich dadurch, dass sie mit unterschiedlichen Grundstoffe. Die Materialien, mit denen sie arbeiten können, reichen von Kunststoffen über Metalle und Beton bis hin zu menschlichem Gewebe.

Die industrielle Revolution leitete einen großen Wandel in der Produktion ein. Während des Industriezeitalters konnten die Hersteller Waren in Massenproduktion herstellen und in die ganze Welt verschicken. Diese Massenproduktion hatte jedoch mehrere Nachteile. Eines der größten Probleme war die Verschwendung. Maschinen unterscheiden sich in der Art der Materialien, mit denen sie arbeiten können. Eine Industriemaschine kann zum Beispiel am besten für die Herstellung von Kunststoff geeignet sein, aber dieselbe Maschine kann nicht für die Herstellung eines Produkts aus Graphen verwendet werden.

Weitreichendes Potenzial

Um mit der additiven Fertigung zu beginnen, benötigen die 3D-Drucker zunächst ein Modell. Dieses Modell kann auf verschiedene Weise erstellt werden, z. B. durch Zeichnen, Modellieren, computergestütztes Design (CAD) oder Scannen. Anhand des Modells baut der 3D-Drucker dann das Objekt Schicht für Schicht auf. Das Objekt wird Schicht für Schicht nach unten aufgebaut, bis es aus dem Drucker entnommen werden kann.

Die additive Fertigung wurde auch zur Herstellung von Lebensmitteln wie Schokolade und Käse eingesetzt und kann das Problem der Verschwendung lösen. Zu den anderen Lebensmitteln, die bisher mit AM hergestellt wurden, gehören weiche Lebensmittel wie Kekse, Kuchen und gefrorene Desserts sowie harte Lebensmittel wie Brot.

In ähnlicher Weise hat die additive Fertigung zur Herstellung von Bauteilen aus Metall, Industriepolymeren, Graphit und Kohlenstofffasern geführt und damit einen Anstieg der Industriezweige bewirkt, die auf diese Materialien angewiesen sind. Industrielle Polymere ersetzen die Verwendung von Metallen bei der Herstellung, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, wo AM zur Herstellung komplizierter Komponenten verwendet werden kann. Auch die Automobilindustrie ist einer der größten industriellen Abnehmer von Polymeren, und diese Entwicklung hat sich durch den zunehmenden Absatz neuer Technologien noch beschleunigt. AM hat in immer mehr Branchen neue Fertigungsmöglichkeiten geschaffen und spart dabei Geld und Rohstoffe.

Abschließende Überlegungen

Additive Fertigung ist ein weit gefasster Begriff, der jedes Produkt bezeichnet, das schichtweise hergestellt wird. Obwohl ein Modell auf verschiedene Weise erstellt werden kann, z. B. durch Zeichnen, Modellieren oder Scannen, ist ein computergestütztes Designsystem (CAD) häufig die Methode der Wahl. Ein 3D-Drucker verwendet aufeinanderfolgende Materialschichten, um das Objekt Schicht für Schicht zu erstellen. Das Objekt wird von unten nach oben aufgebaut, bis es aus dem Drucker entnommen werden kann. Obwohl AM heute in der Luft- und Raumfahrt und in der Automobilindustrie von Unternehmen wie Boeing und Ford weit verbreitet ist, ist der 3D-Druck keine begrenzte Technologie und hat sich seit der Entstehung des Begriffs in den frühen 1980er Jahren rasant weiterentwickelt. Mit der additiven Fertigung können viele komplizierte Objekte aus Kunststoffen, Metallen, Beton, Lebensmitteln und sogar menschlichem Gewebe hergestellt werden, was bedeutet, dass die Möglichkeiten grenzenlos sind.

Wie wir helfen können

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