DMLS im Einsatz

Diese Abbildung zeigt DMLS im Einsatz: Die Maschine sintert jede Schicht. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Bauteil fertig gestellt ist.

Die meisten Produktentwickler und Designer haben durch jahrelange Erfahrung solide Kenntnisse erworben, wenn es um designrelevante Aspekte des 3D-Drucks geht. Auch als „additive Fertigung“ bekannt, umfasst sie eine Reihe von technischen Verfahren und Maschinen wie zum Beispiel FDM (Fused Deposition Modelling) zum Aufbauen von Prototyen aus schmelzfähigem Kunststoff, Laserhärtungsverfahren, mit denen Teile aus photopolymeren Kunststoffen hergestellt werden; und Metall-3D-Drucker, die nach einem als „Powder-Bed Fusion“ bezeichneten Verfahren Metall- und Kunststoffkomponenten mit hoher Dichte produzieren.

Alle bieten bei der Prototypenherstellung großes Potenzial für Kosteneinsparungen. Zwei dieser Technologien – selektives Lasersintern (SLS) und direktes Metall-Lasersintern (DMLS) – reduzieren die Kosten durch schnellere Produktion, geringere Werkzeugkosten, weniger Arbeitsschritte und Ausschuss sowie Teile, die trotz geringeren Gewichts nichts an Festigkeit einbüßen. SLS und DMLS haben für die zahlreichen Unternehmen, die Endanwendungsteile mit 3D-Druck herstellen, große Bedeutung:

  • Boeing stellte 2016 einen Weltrekord auf, indem es das größte je mit 3D-Druck hergestellte Teil produzierte, nämlich eine Vorrichtung, die für den Bau der 777 eingesetzt wird und die Produktionszeit angeblich um Wochen verkürzt.
  • Das Messverfahren der dänischen Firma SBT Aqua zur schnellen und sicheren Bestimmung von Verunreinigungen im Wasser sorgt für sauberes und gesundes Trinkwasser.
  • Activated Research Company setzt DMLS ein, um ein neues Design für ihren in ein Gaschromatographiesystem integrierten katalytischen Mikroreaktor Polyarc zu entwickeln, der innerhalb von nur 15 Monaten auf den Markt gebracht werden konnte.
  • Raytheon setzt den 3D-Druck für Raketentriebwerke, Flossen und Steuersystemkomponenten für Lenkflugkörper ein. So sind Teile in Stunden statt Tagen fertig.
  • Brunswick Corporation nutzte den 3D-Druck für Klimagitter auf seinen Sea-Ray-Yachten, wodurch sich Einwegwerkzeuge erübrigten und die Produktentwicklung beschleunigt wurde.

In all diesen Fällen wurden als Resultat höhere Funktionsfähigkeit, geringeres Gewicht, niedrigere Herstellungskosten und oft sogar all dies auf einmal erzielt. Hier sind sechs Design-Überlegungen, durch die diese Vorteile realisiert werden konnten:

1. Optimierung des Designs

Für ein gutes Design von 3D-Druck-Teilen sind viele der Regeln relevant, die auch für Spritzgussteile gelten: Fließende Übergänge zwischen aneinandergrenzenden Flächen verwenden, große Differenzen bei Querschnitt und Teilevolumen vermeiden sowie scharfe Ecken vermeiden, die im Fertigteil oft eine Restspannung bewirken. Sie sollten darauf achten, dass dünne, nicht abgestützte Wände nicht zu hoch werden, da es andernfalls zu Beulung oder Verziehung kommen kann. Auch besteht bei Flächen mit flachen Winkeln die Tendenz zu einem hässlichen „Stufeneffekt“, sodass sie sich nicht für kosmetische Merkmale eignen. Deshalb sollten diese nach Möglichkeit abgeflacht werden.

2. Die Tradition über Bord werfen

Die imponierendsten Teiledesigns für den 3D-Druck nutzen die Fähigkeit des Verfahrens „organische“ Formen wie Wabenstrukturen und komplexe Matrizen zu schaffen. Wagen Sie sich ruhig an diese Formen, sofern sie zur Leichtigkeit und Festigkeit des Teils beitragen. Auch zahlreiche Löcher im Design bereiten grundsätzlich keine Probleme.

Bei traditionellen Fertigungsverfahren bedeutet das Bohren von Löchern in ein massives Werkstück höhere Teilekosten und mehr Abfall. Nicht so beim 3D-Druck, wo mehr Löcher weniger Pulver und kürzere Verarbeitungszeit bedeuten. Und beim 3D-Druck brauchen Löcher nicht rund zu sein. Oft passt eine elliptische, sechseckige oder freie Lochform besser zum Teiledesign und lässt sich mit 3D-Druck leichter realisieren.