Metall 3D Druck liefert 2021 perfekte Performance

Metall 3D Druck ist der Trend in der industriellen Produktion im Jahr 2021, das hat sich bereits im Jahr 2020 herauskristallisiert und das wurde 2021 bereits im 1. Quartal besonders deutlich. Metall 3D Druck, additive Fertigung mittels Laser und Metallpulver (metal) ist einer der bedeutendsten Trends in der industriellen Produktion im Jahr 2021. Die Vorteile von Metall 3D Druck im Vergleich zur kosten- und materialintensiven traditionellen Fertigung liegen auf der Hand: bislang undenkbare Konstruktionen werden möglich und inzwischen sind sogar Verfahren mit bis zu zwölf Lasern vorstellbar – der Weg für Serienproduktion im industriellen Maßstab wird gerade geebnet.

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Trovustech Kontrukt

Was aber ist es genau, was die industrielle Produktion dermaßen pusht? Beim Metall 3D Druck – der Fachausdruck dafür lautet Selektives Laserschmelzen (SLM: selective laser melting) – handelt es sich um eine Technologie des Drucks, bei dem Material (in diesem Fall Metallpulver) mittels Laser Schicht für Schicht auf eine Basis aufgetragen wird. Ist eine Schicht aufgeschmolzen, kommt die nächste Schicht darauf und wird von Lasern verschmolzen. Darauf kommt die nächste Schicht und so weiter. SLM ist eine Technologie, die hohe Qualitätsansprüche der Industrie erfüllt. Durch eine luftdichte Umgebung und zusätzlichen Einsatz von Argon wird verhindert, dass der Sauerstoff aus der Luft den Werkstoff kontaminiert.

Für welche Anwendungen ist Metall 3D Druck geeignet?

Metall 3D Druck ist für eine Vielzahl von Anwendungen ideal:

  • Ein Bauteil benötigt innenliegende Kanäle, bei denen herkömmliche subtraktive Verfahren(also das klassische Zerspanen) an ihre Grenzen stoßen? Hier kann die additive Fertigung ihre Stärken voll ausspielen, egal ob mit Metall (metal) oder Kunststoff gearbeitet werden soll.
  • Bisher undenkbarer Leichtbau: Sie müssen ein Bauteil fertigen, bei dem die Grenzen bezüglich des Gewichts durch Zerspanen erreicht sind? Auch hier kann die additive Fertigung
  • Intelligente Materialien: Mit SLMlassen sich Bauteile fertigen, die in sich verschiedene Eigenschaften haben. Gitterstrukturen, Gewinde, Hohlräume und innenliegende Strukturen sind plötzlich überhaupt erst machbar.
  • Kostensparende Produktion: Jedes Teil erhält exakt nur die Konturen, die unbedingt nötig sind.
  • Kreative Konstruktionen: Metall 3D Druckkann komplizierte und komplexe Bauteile durch ein Bauteil ersetzen.
  • Zeit ist Geld – alles eine Frage des Drucks! Die TechnologieMetall 3D Druck arbeitet kosteneffizient und nachhaltig und verkürzt jeden Konstruktions- und Fertigungsprozess.

Mit Metall 3D Druck erfahren etablierte Prozesse Performance pur

Wie stark Metall 3D Druck derzeit die Fantasie in der Industrie beflügelt, zeigen die Prognosen vieler Experten. Drucker sorgen für frischen Wind in der industriellen Fertigung. Dank Metall 3D Druck werden wir bald größere additive Fertigungssysteme sehen, die mit zehn oder zwölf Lasern arbeiten, was die notwendige Fertigungsexpertise exponentiell wachsen lässt. Es gibt zudem bessere Materialien für Plug-and-Play aber auch mehr High-End-Performance-Werkstoffe, die hohe Maßstäbe der Industrie erfüllen. Wir von der TROVUS Tech GmbH verfügen über die Entwicklungskompetenz zur Etablierung der Vorteile etwa bei Lattice Strukturen, also Gitterstrukturen. Unsere Drucker produzieren sogenannte intelligente Bauteile aus Metall (metal), insbesondere aber auch aus Aluminium und Kunststoff, dank bisher undenkbarer Designfreiheit – Form und Funktion verschmelzen.

Additive Fertigung ist DER Industrietrend 2021 und das ist keine heiße Luft!

Ein klarer Trend 2021 ist im Metall 3D Druck die klare Marschrichtung hin zu Standardisierung und Serienfertigung. Die Anforderungen an Design, Funktionalität und Individualität führen in immer mehr Branchen und Anwendungen zu einem erhöhten Anspruch an Qualität bei gleichzeitig immer stärkerem Kostendruck. Metall 3D Druck ermöglicht diese vermeintliche Quadratur des Kreises, indem es Kosten (etwa für Material und Arbeitszeit) und Werkzeug schon bei der Konstruktion einspart. Für Metall 3D Druck wird sich die Menge der Einsatzmöglichkeiten 2021 noch um viele neue Anwendungen erweitern. So könnten etwa Feststoffbatterien, Organe und Häuser auf diese moderne Art entstehen.

Die Vorteile bei Metall 3D Druck auf einen Blick

Unschlagbare Vorteile sind der Grund für den Siegeszug der Drucker bezüglich der Kosten sowie der Technik. Prototypen und Kleinserien für Werkzeuge, Gehäuse, Metallbauteile und andere Produkte (aus Material wie Metall oder Kunststoff) lassen sich kostengünstig herstellen. Aufgrund der Geometriefreiheiten und unbegrenzten Komplexität ergeben sich technische Vorteile aus dem Verfahren Metall 3D Druck ohne Fertigungsmehraufwand. Und wenn notwendig, kombinieren wir bei TROVUS Tech Metall 3D Druck mit den mindestens notwendigen Verfahren der Zerspanung – wir können also beides, Metall 3D Druck und Zerspanung, „verheiraten“ –  best cost für noch nie dagewesene Technik!

Während andere den Trend erst jetzt bemerken, sind wir jahrelang erfahren

Wo andere jetzt erst den Trend entdecken, sind wir bei TROVUS Tech schon seit unserer Gründung im Jahr 2017 erfahren im Metall 3D Druck. Derzeit ist zu beobachten, dass die additive Fertigung zwischen dem Drang nach Innovation und der nötigen Industrialisierung hin- und hergerissen ist. Erste Marktprognosen zeichnen ein positives Bild für das Jahr 2021. So dürften die Absatzzahlen industrieller 3D Drucker ab dem dritten Quartal deutlich anziehen, wie das englische Marktforschungsunternehmen Context prognostiziert. Demnach sollen besonders die neuen und leistungsfähigen Drucker die Entwicklung vorantreiben, die für die Serienfertigung mit Metallen geeignet sind. Ein weiterer Push-Effekt für die Reife der Technologie könnte in der Fokussierung auf einige Anwendungsgebiete liegen. Der Schlüssel zu mehr Effizienz könnte auch in noch größeren additiven Fertigungssystemen liegen, die mit zehn oder zwölf Lasern arbeiten. Der Hauptvorteil davon ist, dass man per Laser mehrere Bauteile gleichzeitig belichten kann und somit extrem Zeit und Geld spart. Das hilft dem SLM-Verfahren weiter in Richtung Serienproduktion konkurrenzfähig zu werden.

Was herauskommt ist unglaublich vielseitig

Der Kreativität sind bei der Technologie SLM kaum noch Grenzen gesetzt. Das kommt allmählich in den Köpfen der Hersteller und Konstrukteure an und ist ebenfalls ein Grund für die positiven Prognosen für den Metall 3D Druck. Einige Beispiele aus der TROVUS Tech-Schmiede zeigen auf, wie vielseitig diese Technologie ist. So haben wir etwa für die Fahrradindustrie High end Aluminiumbauteile gefertigt – Unikate in Serie. Dabei haben wir das Optimum an Gewicht, Steifigkeit und Kosten gechallenged und gefunden. Bei unserem Aluminiumbauteil 3.0 hatten wir uns eine Gewichtsreduzierung bei gleicher Festigkeit zum Ziel gesetzt. Herausgekommen ist ein Teil in generativem Design mit einer Gewichtsreduzierung von 60 Prozent – so wurde das Gewicht von 370 Gramm auf 150 Gramm mehr als halbiert. Bei einem weiteren Kunden ging es um eine schnellere Prozesszeit und das präzisere Anfahren von verschiedenen Arbeitspunkten, wofür wir einige Standardteile optimiert haben. Schlitten und Mover des Linearsystems wurden um 60 Prozent reduziert und als positiver Nebeneffekt Einkaufskosten gesenkt. Wir sind die Leichtbauexperten: Egal ob es sich um Umlenkhebel oder andere Bauteile handelt. Wir sind davon überzeugt, dass es Zuwächse sowohl bei Draht basierten Verfahren (Metall/metal und Kunststoff) als auch bei gedruckten Elektroniken geben wird.

Herausragende Perspektiven? Wie kommt das? 

Wenn Branchenkenner dem Metall 3D Druck schon herausragende Perspektiven voraussagen, muss es dafür gute Gründe geben. Welche positiven Entwicklungen haben also 2020 zu dieser Einschätzung geführt? Standardisierung ist einer der Schlüssel zur Serienfertigung von Bauteilen mit SLM-Technologie. Ein sehr großer Trend 2021 könnte die Möglichkeit einer additiven Serienproduktion von funktionellen Bauteilen sein, da die Industrie einige Prozessketten durch den Metall 3D Druck ersetzt. Dafür ist eine Standardisierung der Anwendungen nötig. Erst mit der dauerhaften Applikation einer Technologie kann es zur industriellen Umsetzung kommen und sie wird sich etablieren.

Großes Interesse an Gitternetzstrukturen – Großes Interesse an Lattices

Einer der auffälligsten Trends, die das Jahr 2021 prägen werden, sind Gitternetzstrukturen, sogenannte Lattices, die auf großes Interesse stoßen. Fortlaufend bekommen wir bei TROVUS Tech dazu Anfragen. Und wir müssen sagen: das sind Strukturen, die genau das zeigen, wofür Metall 3D Druck steht – vollkommen neue Design-Möglichkeiten, spezifisch auf die Anwendung zugeschnitten. Möglichkeiten, die mit traditionellen Fertigungsarten undenkbar wären. Ebenfalls eine Rolle spielen dürfte das Optimieren der Druckzeit dank schnellerer Druckgeschwindigkeit- und das bei gleichbleibend guter Qualität. Stichworte wie Individualisierung, zeitsparendes Plug-and-Play bei Standardmaterialien und -anwendungen werden an Relevanz gewinnen. Hinzu kommen verbesserte sowie neue Möglichkeiten der Nachbearbeitung, Produktion seriennaher Bauteile sowie die Kombination von Hart- und Weichkomponenten.

Serienfertigung in immer mehr Branchen

In immer mehr Branchen und Anwendungen führen die Anforderungen an Design, Funktionalität und Individualität zu vollautomatischer Serienfertigung (Metall 3D Druck). Damit die neue Technologie effizient wird, bedarf es der Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette. Dazu gehören ein geschicktes Bauteile-Design und einfachere, teilweise automatisierte vor- und nachgelagerte Prozesse. Die verarbeitende Industrie hat in den vergangenen Jahren einen dramatischen Wandel vollzogen. Hier geht es nun weniger um die primäre Verwendung von Prototypen als vielmehr um Produktionslösungen.

Metall 3D Druck profitierte von 2020

Die meisten würden das Jahr 2020 wohl am liebsten wegen der Pandemiegründe in die Tonne treten. Das Virus hat die gesamte Gesellschaft vor eine harte Belastungsprobe gestellt. Doch die neue Realität, die die Pandemie hervorgebracht hat, brachte monumentale Enthüllungen zu Tage, ganz besonders in der Technologie:

  • Fernzugriff und Funktionsbetrieb haben robuste Umgebungen erhalten.
  • Automatisierung und Roboter entpuppten sich als weitaus flexibler und anpassungsfähiger, als viele vorher glauben wollten
  • Metall 3D Druckspielt in der Produktion 2021 durchaus eine realistische Rolle.

Die Additivindustrie hatte schnelle und verlässliche Antworten auf die Pandemieherausforderungen: Druckmasken, Atemschutzmasken, Türöffner, Tupfer etc. pp. Der Metall 3D Druck kann auf die Unterbrechung von Lieferketten oder die Reparatur gebrochener Versorgungsleitungen moderne und zukunftsweisende Lösungen anbieten. Des Weiteren freuten sich 3D Drucker über die neuen Ambitionen in Weltraumanwendungen. Fast jeder große Raketenhersteller setzt auf Metall 3D Druck, wenn es um die so wichtigen Leichtbau-Teile geht. Man darf gespannt sein, wie sich diese Sparte entwickelt angesichts des jüngsten Weltraumrennens.

Den Quantensprung der Metall 3D Druck-Technologie verstehen

Um verstehen zu können, warum es sich bei der Technologie Metall 3D Druck um nichts Geringeres als einen Quantensprung in der Produktion von Waren handelt, hilft ein Blick in die Vergangenheit. Doch keine Bange – es wird kein Roman. Schließlich ist die Idee vom Metall 3D Druck erst kurz auf dieser Welt. Der US-Amerikaner Chuck Hull gilt allgemein als der Erfinder des 3D-Drucks. Er bezeichnete seine Erfindung, die er patentieren ließ (Patent: US4575330) als Stereolithographie. Dabei wurde eine lichtempfindliche Flüssigkeit mit einem UV-Laser ausgehärtet.

Erfindung des 3D Drucks spiegelt den Zeitgeist

Chuck Hull gründete das Unternehmen 3D-Systems. Ebenso wie bei der Erfindung von Autos und Flugzeugen, hatten aber mehrere Personen an verschiedenen Orten auf der Welt zur selben Zeit an den gleichen Erfindungen gearbeitet. So auch beim 3D-Druck. Den hat tatsächlich Hideo Kodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institute entdeckt. Wegen eines Formfehlers konnte er sein Patent aber nicht mehr rechtzeitig anmelden, Chuck Hull kam ihm zuvor. Der 3D-Druck spiegelt damit nichts anderes als den Zeitgeist der Epoche. Es war an der Zeit für diese innovative und höchst spannende Technologie.

FDM – Drucker tragen Materialien schichtweise auf

Ebenfalls 1989 meldete Scott Crump das FDM-Druckverfahren zum Patent (US5121329) an, bei dem ein Kunststoff aufgeschmolzen und dann schichtweise aufgetragen wird. Die Abkürzung FDM steht für Fused Deposition Modelling, was frei übersetzt soviel bedeutet wie „Geschmolzenes zu einem Modell auftragen“. In der Folge wurden verschiedene Variationen der Basisverfahren entwickelt und sind heute einer immer breiteren Masse an Menschen zugänglich.

Die Geschichte fängt gerade erst an

Die Geschichte des Metall 3D Druck hat eine Geschichte, die noch lange nicht zu Ende ist. Sie fängt –  wie man derzeit eindrücklich sieht –  gerade erst so richtig an. Wir von TROVUS Tech sind glücklich, dass wir im Bereich der industriellen Teileproduktion immer mehr Unternehmen bei der Umsetzung ihrer Ziele bezüglich einmaliger Konstruktionsvorteile, Prototypen und Kleinserien helfen können und sie unterstützen können, ihr volles Potenzial auszuschöpfen und nachhaltig zu produzieren, weil sie weniger Material brauchen als beim Zerspanen und zusätzlich Geld sparen. Und das bei gleicher Qualität und größerer Bauteil-Vielfalt als die Industrie je hatte.

Wir verwenden Materialien wie Metallpulver, Aluminium und Kunststoff

Wir bei TROVUS Tech verwenden Materialien wie etwa Metallpulver (metal), aber auch Aluminium und Kunststoff. Unsere Drucker kommen bei allen zum Einsatz, die beim Zerspanen an ihre Grenzen kommen, denn mit dieser konventionellen Technologie werden intelligente Produkte immer weniger realisierbar. Wir wollen unseren Kunden stets das Beste aus beiden Fertigungsarten (subtraktiv wie additiv) zugutekommen lassen. Wir sind Experten für 3D-Design und -Druck. Unser Ziel ist es, die gesamte Wertschöpfungskette abzubilden: Von Services wie Analysen und Workshops über Entwicklung und Simulation bis hin zur Fertigung und Veredelung (Zerspanung, Oberflächenbehandlung, Qualitätsprüfung) kommt bei TROVUS Tech alles aus einer Hand.

Wenn wir unsere Drucker mit den Materialien wie Metallpulver (metal) oder Aluminium bestückt haben, geht der faszinierende Vorgang Metall 3D Druck los. Bis heute sind wir noch jedes Mal fasziniert von dieser Technologie. Lassen Sie sich auch inspirieren von den Möglichkeiten und Prognosen im Zusammenhang mit dem Metall 3D Druck.

Das Ziel: so selbstverständlich werden wie subtraktive Herstellung

Unser Ziel ist es, selektives Laserschmelzen in den Köpfen der Konstrukteure und Unternehmen so bekannt zu machen, dass sie so selbstverständlich an Metall 3D Druck denken, wie sie bislang an Zerspanung in der Produktion gedacht haben. Wo Zerspanung an ihre Grenzen stößt, haben wir die Lösung. Wir drehen den Spieß einfach um und schlagen statt subtraktiver Anfertigungen das additive Verfahren vor: Selektives Laserschmelzen bedeutet, dass wir nicht Material so lange abtragen, bis wir die gewünschte Form aus dem Rohmaterial herausgelöst haben. Wir tragen das Ausgangsmaterial Schicht für Schicht auf. Ein feines Metallpulver wird bei dieser Technologie in dünnen Schichten auf einer Baufläche aufgezogen. Die Laser verschmelzen es dann zu einem stabilen Bauteil. Das smarte daran? Jedes Bauteil erhält exakt nur die Konturen, die es unbedingt braucht, bei gleicher Qualität, aber mit weniger Gewicht und für weniger Materialkosten.

Was ist eigentlich ein Laser?

Ständig liest und hört man Laser, aber was ist das eigentlich? Laser ist die Abkürzung für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission). Laserstrahlung hat beeindruckende Eigenschaften:  Sie hat genau eine Wellenlänge und ist damit hoch einfarbig (Monochromasie), die Wellen schwingen parallel im gleichen Takt (Kohärenz) und verfügen über starke Strahlenbündelung (der Durchmesser des Strahls ist auch bei großer Entfernung von der Quelle sehr klein). Was beim 3D Druck sehr nützlich ist, ist auch die Eigenschaft der hohen Strahlungsdichte der Laser – auf eine kleine Fläche trifft Strahlung mit hoher Intensität, wegen der starken Bündelung und großen Verstärkung der Strahlung. Damit kann sogar die Strahlungsdichte der Sonne um ein Vielfaches übertroffen werden.

Anregende Energieumwandlung für die exakt gleiche Wellenlänge

Um Laserstrahlung zu erzeugen, muss man zunächst ein Lasermedium durch Energiezufuhr anregen. Lasermedien sind etwa Festkörper wie zum Beispiel ein Rubinkristall, aber auch Halbleiter, Flüssigkeiten (beispielsweise gelöste Farbstoffe) und Gase (wie zum Beispiel ein Helium-Neon-Gemisch) gehören dazu. Die Anregungsenergie erfolgt durch Blitzlampen, chemische Reaktionen, elektrische Gasentladungen oder über einen anderen Laser. Einige angeregte Atome oder Moleküle des Lasermediums geben Photonen ab und gehen wieder in den nichtangeregten Zustand über. Treffen sie aber auf angeregte Atome oder Moleküle, geben diese ebenfalls Photonen (Lichtquanten) ab, welche mit den Aufgetroffenen Photonen in Phase, Wellenlänge und Abstrahlrichtung haargenau übereinstimmen.

Werden auch Sie ein Teil der Zukunft der Industrie

Unser Angebot umfasst die komplette Bandbreite von Metall 3D Druck über Kunststoff 3D Druck bis hin zu Konstruktion und speziellen Workshops. Wir bieten Services wie Analysen, Entwicklung und Simulation sowie Produktion und Veredelung – wir bilden die gesamte Wertschöpfungskette ab. Dabei sind wir höchsten qualitativen Ansprüchen verpflichtet und gehen dafür viele Wege, denken um mehrere Ecken und erweitern beständig unseren Schaffensraum. Uns ist wichtig, dass Sie zufrieden sind auf dem Weg in die Zukunft der Industrie: die Produktion mit Hilfe der 3D-Druck-Technik. Seien auch Sie dabei bei der großen Revolution in Sachen industrieller Fertigung.