Additive Fertigung / 3D-Druck

Wichtigste Branchen mit Nutzung von 3D-Druck sind Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrtindustrie, Medizin.

Einsatz überwiegend zur Herstellung von Prototypen, Spezialanfertigungen und für Kleinserienprodukte.

Beispiele:

• kundenindividuelle Produkte (bspw. in der Zahn- und Allgemeinmedizin)
• Modelle zur Veranschaulichung (bspw. für Messe- und Vertriebsaktivitäten)
• industrieller Prototypenbau
• Kleinserienfertigung (bspw. in der Kunst- und Schmuckindustrie)
• Positiv- und Negativformen für Werkzeug-/Formenbau
• geometrisch komplexe Leichtbauteile (bspw. im Flugzeugbau)

Aktuell:

• Größter Hersteller von 3D-Druckern: XYZprinting
• In den ersten drei Quartalen 2015 wurden 174 000 3D-Drucker im Privatgeschäft verkauft und 8 700 Drucker im Industriebereich (Context, 2016)
• Nutzungsanteile für 3D-Druck: Prototypenbau 37 %, direkte Herstellung 29 % und Werkzeugbau mit 26 %, (Rest sonstige) (Hessen-Nanotech, 2015)

Zukünftig:

• 3D-Druck primärer Techniktrend 2016, Verkauf von 490 000 3D-Druckern erwartet (Gartner, 2015)
• Wachstum der 3D-Druckindustrie bis 2019 von 11 auf 27 Mrd. USD prognostiziert (IDC, 2016)
• Etablierung bei Endkunden, vollständige Akzeptanz und alltägliche Nutzung zwischen 2019 und 2024 erwartet (Gartner, 2014)
• 4D-Druck als weitere Entwicklungsstufe (mittels 3D-Druck hergestellte Polymerprodukte mit Formgedächtnis, die sich bei Temperaturänderung, Lichteinfall oder Feuchtigkeit verformen)

(siehe auch Hinweise zur Literatur)

• neuartige Konstruktionen und Bauteilgeometrien umsetzbar, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht herstellbar sind
• additive Fertigungsverfahren (kaum Materialverluste, keine Werkzeuge)
• nur ein Arbeitsgang
• schnelle Reproduzierbarkeit von Teilen
• keine Fixkosten für Werkzeuge
• bei Kunststoffdruck mehrere Werkstoffe und Farben verwendbar

• langsames Produktionsverfahren (bspw. im Vergleich zu Spritzguss), daher nur bedingt für größere Stückzahlen geeignet (Druckzeit beträgt – je nach Werkstoff, Druckanlage sowie Produktgröße und -geometrie – einige Minuten bis zu mehreren Tagen)
• mechanische und thermische Belastbarkeit in der Regel schlechter als bei konventionell hergestellten Vergleichsprodukten (wobei stetig technologische Verbesserungen des 3D-Drucks erarbeitet werden)
• Fertigungsgenauigkeit hängt stark von Material und Druckertechnologie ab

• Aufbau einer eigenen 3D-Druckanlage und Nutzung eines 3D-Druckdienstleisters sind abzuwägen
• Anschaffungskosten von 3D-Druckern im Privatbereich i. d. R. < 5 000 EUR, professionelle(re) 3D-Drucker i. d. R. < 40 000 EUR, komplette Anlagen im High-Tech-Bereich bis zu 1,3 Mio. EUR
• Materialkosten liegen – je nach Verfahren und Material – zwischen 0,05 EUR/cm³ und 1,05 EUR/cm³
• Druckprozess kann unabhängig von der Anwesenheit von Mitarbeitern stattfinden (bspw. über Nacht, um günstigere Stromtarife nutzen zu können)
• (fast) keine Ausschusskosten
• SLS/SLM gelten als – mit Abstand – teuerste Verfahren und unterliegen den schärfsten Regularien (wg. Einsatz starker Laser)

• Grundlage für 3D-Druck ist die Bauteil-Konstruktion am Computer (CAD-Kenntnisse erforderlich) oder das 3D-Scannen eines Modells (i. d. R. mit anschließender Nachbearbeitung am Computer)
• Produktherstellung erfordert keine Kenntnisse der Materialverarbeitung; Computerkenntnisse für Senden des Druckauftrags und Wartung des Druckers sind ausreichend
• Logistikaufwand kann entfallen, wenn Abnehmer Produkte – in Lizenz – selbst drucken (»dezentrale Produktion« durch austauschbare und örtlich unabhängige Druckkapazitäten)
• individualisierte bzw. auf Kleinserien ausgerichtete Produktion in kapitalintensiven 3D-Druckanlagen kann zu (Rück-)Verlagerung der Produktion in Länder mit höheren Arbeitskosten führen (Vorteil für BRD)

• Einsatz erscheint sinnvoll bei kleinen Stückzahlen mit komplexen Geometrien
• genutzte 3D-Drucktechnologie ist auf eigene Produktanforderungen abzustimmen
• eigene CAD-Konstruktionen können an (auf 3D-Druckerzeugnisse) spezialisierte Dienstleister gesendet und umgehend hergestellt werden
• hergestellte Oberflächen aus Metall und Kunststoff sind in der Regel leicht rau (ähnlich sandgestrahlten Oberflächen), Nachbearbeitung ist in Grenzen möglich
• Urheberrecht gilt auch im Rahmen des 3D-Drucks, ebenso Patente und Gebrauchsmuster sowie Markenrechtliche Aspekte
• Haftungsrechtliche Aspekte sind zu beachten (v. a. wenn Druck von Konstruktionen Dritter bei Dienstleistern oder auf eigenem 3D-Drucker erfolgt)

Hagl (2015): Das 3D-Druck-Kompendium — Leitfaden für Unternehmer, Berater und Innovationstreiber, 2. Auflage, Springer/Gabler, Wiesbaden

Additive Fertigung – Der Weg zur individuellen Produktion, Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung, Band 25 der Schriftenreihe der Technologielinie Hessen-Nanotech, 2015 [siehe www.hessen-nanotech.de/mm/mm001/Band_025_Additive_Fertigung_web.pdf]

Petschow/Ferdinand/Dickel/Flämig/Steinfeldt/Worobei (2014): Dezentrale Produktion, 3D-Druck und Nachhaltigkeit – Trajektorien und Potenziale innovativer Wertschöpfungsmuster zwischen Maker-Bewegung und Industrie 4.0, Schriftenreihe des IÖW 206/14 [siehe www.ioew.de/uploads/tx_ukioewdb/IOEW_SR_206_Dezentrale_Produktion_3D-Druck_und_Nachhaltigkeit.pdf]

Gebhardt (2014): 3D-Drucken – Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM), Carl Hanser Verlag, München

Bothmann (2014): 3D-Druck-Praxis – Alles für den Start, Verlag für Technik und Handwerk neue Medien

Zäh (2014): Wirtschaftliche Fertigung mit Rapid-Technologien – Anwenderleitfaden zur Auswahl geeigneter Verfahren, Carl Hanser Verlag

Berger/Hartmann/Schmidt (2014): Additive Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing, Europa Lehrmittel Verlag

VDI Statusreport (2014): Additive Fertigungsverfahren [siehe www.vdi.de/ueber-uns/presse/publikationen/details/additive-fertigungsverfahren-management-summary]

Marktperspektiven von 3D in industriellen Anwendungen, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie/Fraunhofer IGD/MC Marketing Consulting/Prognos AG, 2013 [siehe www.igd.fraunhofer.de/sites/default/files/3D_Maerkte_Prognos_IGD_MC.pdf]

Wirth/Rosenstock (2013): 3D-Druckereien in Europa – Eine Marktanalyse, Center for Digital Fabrication (CEDIFA) Arbeitsbericht 2 vom 21.05.2013, Universität Würzburg

Fastermann (2012): 3D-Druck/Rapid Prototyping – Eine Zukunftstechnologie kompakt erläutert, Springer/Viewag, Berlin und Heidelberg