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Die Digitalisierung in der metallbearbeitenden Industrie

Die additive Fertigung birgt zahlreiche Innovationen – und das mit steigender Tendenz. Vor allem im Metalldruck gibt es zwei wichtige Verfahren: Das Laserauftragschweißen und das pulverbettbasierte Schmelzverfahren.

Letzteres wurde erstmalig in den 1970er-Jahren vorgestellt und funktioniert nach einem recht simplen Prinzip: Eine Energiquelle sintert bzw. schmilzt Metallpulver und stellt daraus in mehreren Schichten das fertige Stück her. Eine der bekanntesten Technologien nach diesem Verfahren ist beispielsweise das DMLS (Direct Metal Laser Sintering), welches in den 1990er-Jahren von EOS und ERD patientiert worden ist.

Die Hersteller der additiven Metallfertigung

Die Zahl der Unternehmen, welche sich auf 3D-Metalldruck spezialisieren, steigt kontinuierlich. Allerdings lassen sich Pioniere vor allem hinsichtlich der Technologien voneinander unterscheiden. Ganz klar stehen führende Hersteller wie beispielsweise EOS, welche den additiv gefertigten Einspritzkopf von einem Raketentriebwerk für die Ariane Group vorstellte. Hier ermöglichte die pulverbettbasierte Technologie, dass die Bauzeit sich von drei Monaten auf lediglich 36 Stunden (!) reduzieren ließ. Dies halbierte wiederum die Kosten und sogar die Anzahl der für die Fertigung benötigten Einzelteile von ganzen 248 Stück auf nur ein Einzelteil.

Ein weiterer wichtiger Begriff ist Trumpf. Das Unternehmen stellte erstmals das Laserauftragschweißen vor, welches eine 10 Mal höhere Aufbaurate ermöglicht als das bislang angewandte Pulverbettverfahren. Für die additive Fertigung bietet sich das Laserauftragschweißen zum Beispiel an, um Bauteile zu reparieren, neue Strukturen aufzubauen oder auch um Verschleißschutzschichten aufzutragen.

Vollkommen ohne Laser arbeitet dagegen die Technologie der 3D-Beschichtung von Bauteilstrukturen und Funktionenschichten der J.G. Weisser Söhne GmbH & Co. KG. Hier wurde ein spezielles Verfahren entwickelt und patentiert, bei dem Halbzeugmaterial in rotierenden Bewegungen auf eine Bauteiloberfläche aufgeschmolzen wird – somit wird aus einem einfachen Halbzeug ein Bauteil.

Welche Vorteile bietet die Digitalisierung in der Metallindustrie?

Professionelle Geräte ermöglichen größere Gegenstände, die in kürzerer Zeit mit besserer Oberflächenstruktur gedruckt werden können – allerdings bedeutet dies auch Kosten von mehreren 100.000 Euro. Für das Laserschmelzen (SLM) werden unter anderem Metalle wie Aluminium, Titan oder Stahl als Ausgangsmaterial eingesetzt. Dieses Verfahren schmilzt Metallpulver an den entsprechenden Bearbeitungspunkten durch die vom Laserstrahl freigesetzte Wärmeenergie in mehreren Schichten aus. Hierbei erstarrt das Metallpulver und wird zu einem homogenen Werkstoff, der eine hohe Dichte bietet.

Obgleich die Fertigung durch digitale Innovationen in der Metallindustrie bislang noch am Anfang steht, zeichnet sich schon jetzt ein großes Potenzial für die Zukunft ab: Es ist davon auszugehen, dass sich in den kommenden Jahren auch neben dem CNC fräsen noch viele weitere Verfahren für eine kostengünstigere, effizientere und zeitsparendere Fertigung ergeben.

Im Jahr 2013 gegründet, hat 3D Hubs inzwischen mehr als 3.000.000 Teile für größere und kleinere Unternehmen auf digitalem Wege hergestellt. 3D Hubs bietet eine einfache und zuverlässige On-Demand-Fertigung, die vom ersten Prototyp bis hin zum fertigen Endprodukt reicht. Ingenieure können ihre Konstruktionen einfach auf der Plattform hochladen und erhalten umgehend ein Angebot für den 3D-Druck, die CNC-Bearbeitung (CNC-Drehen oder CNC-Fräsen), und den Spritzguss. Zudem wird eine automatische Konstruktionsanalyse (DfM) durchgeführt, die potenzielle Fehlerquellen schon vor Fertigungsbeginn erkennt und meldet.

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