Additive Fertigung

Mit der Entwicklung additiver Fertigungsverfahren seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden einige wichtige Grundlagen für die Zukunft der Produktionstechnologie gelegt. Vor etwa 250 Jahren wurde durch die Überführung handwerklicher Tätigkeiten in mechanisierte Abläufe mithilfe von Wasser- und Dampfkraft der Grundstein der ersten industriellen Revolution gelegt. Der zweite Umbruch industrieller Produktion fand dann in den 1920er Jahren durch die arbeitsteilige Massenfertigung an elektrisch betriebenen Fließbändern statt. Die Informationstechnologien brachte ab den 80er Jahren Automatisierungsprozesse in die Produktion.

Für die nächsten Jahre wird erwartet, dass die intelligente Organisation dezentraler Fertigungseinheiten durch Verknüpfung von Informations- und Produktionstechnologie im Internet der Dinge die Grundlage für den nächsten großen Entwicklungsschritt industrieller Produktion bieten wird. Experten gehen für die Zukunft von Kunden aus, die über Internet-Portale den Kauf eines Produkts auslösen, die Daten von Bauteilen abrufen, beeinflussen und archivieren sowie den Status eines Produktionsauftrags überwachen können. Der Herstellungsprozess wird mit dezentralen Produktionseinheiten dort stattfinden, wo es aus Sicht der räumlichen Verortung des Kunden und der Auslastung der Fertigungseinheiten sinnvoll erscheint. Nicht die Produkte werden um den Globus geschickt sondern lediglich die Dateien für ihre Fertigung, individuell anpassbar bis weit in den Produktionsprozess hinein. Die digitalen Fabriken werden sich nicht mehr in Fernost befinden sondern aus dezentralen Produktionseinheiten in regionaler Nähe bestehen, die „Einzelstücke vom Band“ zu vergleichbaren Preisen wie bei der Massenproduktion möglich machen.

Produkte, Maschinen und Transportboxen sind über Mikrochips mit dem Web verbunden. Das Internet der Dinge wird die Selbstorganisation intelligenter Produktionsabläufe ermöglichen und eine Steigerung der Produktivität von bis zu 50 % nach sich ziehen. Zudem wird die Speicherung von Rohstoffinformationen im Produkt die Rezyklierbarkeit fördern und geschlossene Materialkreisläufe ermöglichen. Experten gehen dabei mittelfristig von Einsparpotenzialen an Energie und Ressourcen in der Größenordnung von 20-25 % aus.

Den additiven Fertigungsprozessen wird im Kontext der vierten industriellen Revolution eine entscheidende Rolle beigemessen. Denn durch den aufbauenden Charakter wird das bisherige Verständnis konventioneller, Material abnehmender und zerspanender Techniken wie Fräsen, Bohren oder Drehen vollständig revidiert. Dabei werden nicht nur Ressourcen eingespart und Produktionsabfälle vermieden, es werden Produktteile mit derart komplexen Geometrien möglich, die auf konventionellem Wege gar nicht umsetzbar wären. Dies wird die Prozessketten in der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie ebenso verändern wie in der Elektroindustrie und oder der Baubranche. Die additive Fertigung kompletter Automobilkarosserien, Triebwerke oder Gebäudestrukturen scheint in der Zukunft ebenso möglich zu werden, wie die Übertragung von Aufbauprinzipien aus der Natur auf technische Systeme – und leistet so zusätzlichen Aufschwung für bionische Entwicklungen.

In der Broschüre „Additive Fertigung“ zeigt Dr. Sascha Peters im Auftrag des Hessische Wirtschaftsministeriums die Potenziale additiver Produktionsverfahren im Internet der Dinge auf. Er deutet an, für welche Anwendungsfelder sich die generative Fertigung schon heute eignet und welche Industrien in Zukunft von additiven Prozessen profitieren werden. Anhand von Erfolgsbeispielen aus dem Land Hessen werden Best Practice Anwendungen aus unterschiedlichen Industriebereichen erläutert. Zu diesen zählen beispielsweise:

• Additiv erzeugtes Fahrzeugkonzept EDAG Genesis (EDAG, Fulda)
• Polymerisierbare Drucktinten für den porenarmen 3D-Druck (TU Darmstadt)
• 3D-Printing zementgebundener Formteile (Universität Kassel)
• Generativ erstellter individueller Zahnersatz und Kieferknochen (Philipps-Universität Marburg)
• Piezo-Aktoren mit SLM-Gehäuse (Fraunhofer LBF, Darmstadt)

Bild: EDAG Genesis – Generative Fertigungsverfahren für die Zukunft des Automobilbaus (Quelle: EDAG)

Bild: Solar Sinter – 3D-Drucken mit Sonnenlicht (Quelle: Markus Kayser)