Viele Unternehmen nutzen 3D-Druck noch immer hauptsächlich für Prototypen. Dabei zeigt die additive Fertigung längst ihr Potenzial bei Funktionsbauteilen und industriellen Anwendungen.
Ein aktuelles Projekt aus dem Maschinenbau verdeutlicht genau das: Ein neu entwickelter Zentrierring konnte mit klassischen Fertigungsverfahren nur mit erheblichem Aufwand hergestellt werden. Durch den Einsatz industrieller 3D-Druckverfahren entstand daraus eine wirtschaftliche Lösung, die heute erfolgreich im Serieneinsatz läuft.
Die Ausgangssituation
Bisher wurde bei unserem Kunden ein klassischer Zentrierring eingesetzt, der problemlos spanend gefertigt werden konnte. Die Geometrie war einfach und ließ sich mit konventionellen Fertigungsverfahren wirtschaftlich herstellen.
Da unser Kunde jedoch für innovative Lösungen bekannt ist, wurde ein neues Klemmverfahren entwickelt. Dafür war plötzlich ein Zentrierring erforderlich, bei dem die Zentrierstifte um 45 Grad nach außen geneigt sind.
Auf den ersten Blick klingt das unspektakulär. In der Praxis stellte sich jedoch schnell die entscheidende Frage:
Wie lässt sich dieses Bauteil wirtschaftlich fertigen?
Die Fräserei sah die Geometrie kritisch. Mehrere Aufspannungen, Sonderwerkzeuge und ein hoher Fertigungsaufwand hätten die Kosten deutlich erhöht.
Spritzguss war ebenfalls keine Option. Für die benötigten Stückzahlen wären die Werkzeugkosten wirtschaftlich nicht darstellbar gewesen.
Der Gedanke an die additive Fertigung
An diesem Punkt kam der Kunde auf uns zu und stellte eine einfache Frage:
„Kann man das nicht einfach drucken?“
Die Antwort lautete: Ja – aber ganz so einfach war es dann doch nicht.
Auch für die additive Fertigung war die Geometrie anspruchsvoll. Die schräg stehenden Zentrierstifte, die geforderte Maßhaltigkeit und die spätere Funktion im Maschinenbetrieb erforderten eine sorgfältige Auslegung des Druckprozesses.
Gerade bei komplexen Geometrien spielt der industrielle 3D-Druck seine Stärken aus. Während klassische Fertigungsverfahren häufig zusätzliche Bearbeitungsschritte, Sonderwerkzeuge oder aufwendige Spannvorgänge erfordern, können solche Strukturen direkt aus den CAD-Daten gefertigt werden. Dadurch lassen sich Entwicklungszeiten verkürzen und auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich realisieren.
Der erste Prototyp
Wie bei vielen Projekten in der additiven Fertigung war der erste Druck noch nicht perfekt.
Die Funktion war grundsätzlich gegeben, allerdings zeigten sich Maßabweichungen in den kritischen Bereichen. Genau hier beginnt die eigentliche Entwicklungsarbeit.
Anstatt für jeden Drucker einen speziell angepassten CAD-Datensatz zu erzeugen, wählten wir einen anderen Ansatz:
Wir analysierten die Abweichungen und passten die relevanten Maße direkt über Prozessparameter und Skalierungsfaktoren im Slicer an.
Der Vorteil:
- Kein druckerspezifischer CAD-Datensatz erforderlich
- Schnellere Anpassungen während der Entwicklung
- Einfachere Übertragbarkeit auf andere Maschinen
- Geringerer Konstruktionsaufwand bei zukünftigen Änderungen
Je nach Anforderung kommen in der additiven Fertigung unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Für besonders feine Strukturen und hohe Oberflächenqualität bietet beispielsweise das SLA-3D-Druckverfahren interessante Möglichkeiten.
Vom Prototyp zur Serienlösung
Nachdem die erforderliche Maßhaltigkeit erreicht war, stellte sich die entscheidende Frage:
Hält der Zentrierring den Belastungen im realen Maschinenbetrieb dauerhaft stand?
Um dies zu überprüfen, wurde der additiv gefertigte Zentrierring zunächst über einen Zeitraum von zwei Monaten in einer permanent laufenden Maschine getestet. Dabei war das Bauteil denselben Belastungen ausgesetzt wie später im Serienbetrieb.
Das Ergebnis war eindeutig:
Der Zentrierring bestand den Dauertest ohne Auffälligkeiten.
Im nächsten Schritt wurde eine Maschine im Feld auf das neue Klemmverfahren umgerüstet. Auch dort konnte sich die Lösung unter realen Einsatzbedingungen bewähren und die Anforderungen im täglichen Betrieb zuverlässig erfüllen.
Damit war der Nachweis erbracht, dass der 3D-gedruckte Zentrierring nicht nur als Prototyp funktioniert, sondern auch dauerhaft für den industriellen Einsatz geeignet ist.
Nach erfolgreichem Abschluss des Feldtests fiel schließlich die Entscheidung:
Der additiv gefertigte Zentrierring wird künftig serienmäßig verbaut.
Für unseren Kunden bedeutet das eine wirtschaftliche und technisch zuverlässige Lösung für eine Geometrie, die mit klassischen Fertigungsverfahren nur mit erheblichem Aufwand hätte realisiert werden können.
Warum dieses Projekt interessant ist
Der eigentliche Mehrwert liegt nicht im Zentrierring selbst.
Interessant ist die Denkweise dahinter.
Viele Konstruktionen werden noch immer automatisch auf Fräsen, Drehen oder Spritzguss ausgelegt, weil diese Fertigungsverfahren bekannt und etabliert sind. Dadurch entstehen häufig Bauteile, die unnötig komplex, teuer oder zeitaufwendig in der Herstellung werden.
Bei diesem Projekt wurde die Frage anders gestellt:
Welches Fertigungsverfahren passt am besten zur gewünschten Funktion?
Konstruktion für additive Fertigung statt Fertigungslimitierungen
Das Projekt zeigt eindrucksvoll, dass moderne Konstruktionen nicht mehr zwangsläufig an die Grenzen klassischer Fertigungsverfahren angepasst werden müssen.
Stattdessen kann die gewünschte Funktion im Mittelpunkt stehen. Erst anschließend wird entschieden, welches Fertigungsverfahren die wirtschaftlichste und technisch sinnvollste Umsetzung ermöglicht.
Genau dort spielt die additive Fertigung ihre größten Stärken aus.
Die Erkenntnis für Maschinenbauer
Wenn bei einer Konstruktion Aussagen fallen wie:
- „Das wird schwierig zu fräsen.“
- „Dafür brauchen wir mehrere Aufspannungen.“
- „Das Werkzeug wird teuer.“
- „Für Spritzguss sind die Stückzahlen zu gering.“
dann lohnt sich häufig ein Blick auf den industriellen 3D-Druck.
Nicht jedes Bauteil eignet sich dafür. Aber gerade bei komplexen Geometrien, kleinen Stückzahlen oder häufigen Konstruktionsänderungen kann die additive Fertigung die wirtschaftlichere Lösung sein.
Durch den Wegfall von Werkzeugen und aufwendigen Spannvorgängen lassen sich Bauteile realisieren, die mit klassischen Verfahren entweder gar nicht oder nur mit erheblichem Aufwand herstellbar wären.
Wann lohnt sich additive Fertigung?
- Komplexe Geometrien
- Kleine bis mittlere Stückzahlen
- Funktionsbauteile im Maschinenbau
- Schnelle Entwicklungszyklen
- Ersatzteile und Sonderbauteile
- Hoher Aufwand bei Fräs- oder Drehteilen
- Individuelle Bauteile für Maschinen und Anlagen
Fazit dieses spannenden Projekts
Dieses Praxisbeispiel zeigt, dass additive Fertigung im Maschinenbau weit über den klassischen Prototypenbau hinausgeht. Mit dem richtigen Wekstoff, einer passenden Konstruktion und einem abgestimmten Druckprozess können belastbare Funktionsbauteile entstehen, die dauerhaft im industriellen Einsatz bestehen und sogar den Weg in die Serienfertigung finden.
Der Zentrierring ist dafür ein gutes Beispiel: Von einer Geometrie, die wirtschaftlich kaum herstellbar schien, über mehrere Optimierungsschleifen und erfolgreiche Dauer- sowie Feldtests bis hin zum serienmäßig eingesetzten Bauteil im realen Maschinenbetrieb.
Und genau deshalb betrachten wir bei neuen Projekten immer zuerst die Funktion – und erst danach das Fertigungsverfahren. Denn manchmal entsteht die beste Lösung genau dort, wo die konventionelle Fertigung an ihre Grenzen stößt.
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