Freunde oder Feinde: Additive und traditionelle Fertigung

MAI 8, 2023 | Lesezeit: 3 min

Wie jede moderne Technologie hat auch die additive Fertigung (AM) bei ihrer Markteinführung für Furore gesorgt, wurde aber schnell mit Skepsis betrachtet. AM wird oft fälschlicherweise als eine Art Start-up-Technologie dargestellt, die die traditionelle Fertigung, die 8,5 % der amerikanischen Arbeitskräfte (12,85 Millionen Arbeitsplätze) ausmacht, dominieren will. In Wirklichkeit sind AM und die traditionelle Fertigung in der verarbeitenden Industrie befreundet - ein weiteres Werkzeug in der sich ständig erweiternden Werkzeugkiste des 21.

Was ist der Unterschied zwischen der additiven Fertigung und der traditionellen Fertigung?

Unter traditioneller Fertigung versteht man das Gießen, Schnitzen und Bearbeiten eines Produkts, unabhängig von der Menge. Einige gängige Verfahren in der traditionellen Fertigung sind Spritzgießen, CNC-Bearbeitung und Gießen. Eine Produktionslinie nutzt historisch gesehen eine Form, die für die Herstellung großer Mengen eines einzelnen Produkts verwendet wird, ein effizientes und kostengünstiges Verfahren, das es Unternehmen ermöglicht, in ihren Lagern Massen zu produzieren.

Additive Fertigung bezieht sich auf den industriellen 3D-Druck, bei dem ein Produkt nicht geschnitzt, geformt oder gegossen wird, sondern Schicht für Schicht in einer 3D-Druckkammer aufgebaut wird, die wie ein CAD-Entwurf (Computer Aided Design) dem in einer STL-Datei festgelegten Pfad folgt. Die Raumfahrt- und Luftfahrtindustrie sowie die Medizin- und Dentalbranche haben diese Technologie aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit und Komplexität stark genutzt.

Vor- und Nachteile von AM und traditioneller Fertigung

Vorteile der traditionellen Fertigung:

Großserienproduktion - die traditionelle Fertigung ermöglicht es Unternehmen, ein einzelnes Produkt schnell zu produzieren und eine Produktionslinie zu schaffen, die 24 Stunden am Tag laufen kann, um die Marktnachfrage effizient zu erfüllen.
Kosteneffiziente Produktion - bei hohen Stückzahlen lassen sich die Stückkosten bei hohen Produktions- und Nachfragezahlen senken. Je mehr Sie mit traditioneller Fertigung produzieren, desto billiger wird jedes Produkt, zum Teil wegen der Amortisation der Werkzeugkosten, wie z. B. einer Spritzgussform.
Beständigkeit der Teile - die traditionelle Fertigung ermöglicht eine hohe Beständigkeit der Teile, indem dieselbe automatisierte Produktion mit geringen Abweichungen vom ursprünglichen Entwurf wiederholt wird.

Traditionelle Nachteile bei der Herstellung:

Hoher Materialabfall - der Akt des Schnitzens oder der Herstellung eines einzelnen Stücks mit traditionellen Fertigungsmethoden erzeugt übermäßigen Abfall. Die Subtraktion von Material, um das Endprodukt zu erreichen, ist die Art und Weise, wie es schon immer gemacht wurde - aber was wäre, wenn dieses Material aufgrund traditioneller Herstellungsmethoden nicht verschwendet werden müsste?
Geringe Möglichkeit, vom ursprünglichen Prototyp-Design abzuweichen - die herkömmliche Fertigung beruht auf der Herstellung des geplanten Produkts und des Werkzeugs, mit dem das Design gestanzt oder geschnitzt wird. Nachdem das Werkzeug für die Produktion hergestellt wurde, gibt es für die Produktionslinien wenig bis keine Möglichkeit, den ursprünglichen Produktprototyp zu ändern oder zu ergänzen.
Hohe Kosten bei geringer bis mittlerer Produktion - die Amortisierung der anfänglichen Werkzeugkosten über die gesamte Produktion ist der Schlüssel zur Senkung der Kosten pro Teil. Ohne einen großen Produktionsauftrag sind die Kosten für die Herstellung jedes einzelnen Teils höher, was sich aufgrund der Produktionskosten negativ auf das Endergebnis auswirkt.

Vorteile der additiven Fertigung:

Materialflexibilität - die Nutzung der additiven Fertigung von Polymeren oder Metallen eröffnet die Möglichkeit, mit mehreren Materialien zu drucken und das optimale Material auf der Grundlage von Materialeigenschaften und -merkmalen auszuwählen, die für die beabsichtigte Anwendung geeignet sind, und nicht auf der Grundlage von Verfügbarkeit oder Materialknappheit. So können Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt beispielsweise je nach Einsatzzweck zwischen dem Druck von Titan (Ti64) und Aluminium (AlSi10Mg) wechseln.
Digitale Lagerhaltung und Kleinserienproduktion - die additive Fertigung hat den Begriff "digitale Lagerhaltung" geprägt, um zu beschreiben, dass man mit einer Bibliothek von STL-Dateien zur Hand ein Lager in seinem Computer hat und nicht in einer physischen Lagereinrichtung. Mit der Möglichkeit, selbst zu entscheiden, wie viele und welche Teile man drucken möchte, können begrenzte Produktionslinien zugänglich gemacht und schnell erfüllt werden, anstatt das Rad (oder den Stempel) neu zu entwerfen.
Individuelle Anpassung und Teilekonsolidierung - mit STL-Dateien können Sie den Prototyp oder das ursprüngliche Design innerhalb von Minuten ändern und an den Drucker senden. Es ist nicht notwendig, das Werkzeug für das Produkt zu erstellen. Der Laser und die STL-Datei arbeiten zusammen, um ein vollständiges Produkt zu erstellen. Die Konstruktion mit AM ermöglicht auch die Konsolidierung von Teilen aufgrund der komplexen Möglichkeiten des 3D-Drucks.

Nachteile der additiven Fertigung:

Vorabkosten - die Kosten für den Kauf eines AM-Systems können für diejenigen, die neu im industriellen 3D-Druck sind, zunächst ein Schock sein. Die Anschaffung eines Systems dieses Kalibers ist für die meisten Unternehmen eine beträchtliche Investition. Doch ähnlich wie sich bei der traditionellen Fertigung die Anschaffungskosten einer CNC-Maschine oder eines Gusswerkzeugs amortisieren, werden sich die Kosten für ein AM-System im Laufe der Zeit um das Zehnfache amortisieren, da Sie die Möglichkeit haben, Materialien nach Bedarf zu drucken und zu wechseln, je nach Ihren Geschäftsspezifikationen.
Nachbearbeitung - der Prozess des Glättens, Färbens und Fertigstellens der AM-Anwendungen direkt nach ihrer Herstellung kann zusätzliche Werkzeuge und Geräte erfordern, um die Teileproduktion effektiv abzuschließen. Auch wenn sich dadurch der Gesamttermin für die Projektfertigstellung um einige Zeit verlängert, können diejenigen, deren Anwendungen ausgestellt werden sollen, das optimale Erscheinungsbild für ihre Anwendungen erreichen.
Einschränkungen bei der Baugröße - Die Bauvolumen von AM-Systemen variieren je nach Größe und können nicht alle Anwendungsdimensionen abdecken. Je nach den Feinheiten der Anwendung und wenn AM die Lösung für Sie ist, kann unsere Schwesterorganisation AMCM (Additive Manufacturing Customized Machines) ein EOS-System mit zusätzlichen Spezifikationen wie einem größeren Bauvolumen, stärkeren Lasern und feiner Detailauflösung (FDR) modifizieren und bauen.

Wie Sie wissen, welches Verfahren für Sie das richtige ist

Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile - es kommt nur darauf an, was für Ihre Anwendung und Ihre Produktionsziele am besten geeignet ist. Wenn Sie genau dasselbe einfache Produkt in Masseneinheiten herstellen, ist die traditionelle Fertigung wie das Spritzgießen möglicherweise der rationellere Ansatz für die Produktion. Wenn Sie ein individuelles Produkt anbieten, komplizierte geometrische Designs oder interne Strukturen haben oder ein Produktionsziel verfolgen, das sich im Laufe der Zeit erweitern oder verringern kann, ist AM sowohl für die kurz- als auch für die langfristige Fertigung eine Überlegung wert.

Ein Beispiel für die Zusammenarbeit von additiver und traditioneller Fertigung in einer Produktionsstätte:

Bauer Hockey REAKT Helm

Als Bauer anfänglich über eine Zusammenarbeit nachdachte, war man skeptisch, ob sich AM vom Prototyp bis zur Produktion skalieren ließe. Sie wussten, dass dies nicht die kosteneffizienteste Lösung für ein Massenprodukt war - aber sie wussten auch, dass sie von der stetig wachsenden Beliebtheit der Individualisierung profitieren würden und wollten einen maßgeschneiderten Helm anbieten, der zu einem passt, anstatt eine Einheitsgröße zu haben. Die Zeit vergeht wie im Flug - Bauer hat zugestimmt und plant, seine 3D-gedruckten Produktlinien und die Gesamtproduktion mit Hilfe von EOS Additive Minds und Digital Foam zu erweitern.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie AM Ihre Produktionskapazitäten und Ihr Portfolio erweitern kann, wenden Sie sich noch heute an unser Vertriebsteam, um Ihre Optionen und Produktionsziele zu besprechen.