Bauteile nach Computermodellen
3-D-Drucker machen Werkzeugbauern Konkurrenz

Sie sind schneller und präziser als herkömmliche Fertigungsverfahren. Laser formen nach Computermodellen vollwertige Bauteile aus Metall- oder Kunststoffpulver. "Rapid Prototyping" findet zunehmend Verwendung - auch in der Serienfertigung

DÜSSELDORF. Die Formel Eins hat es bekanntermaßen eilig. Das gilt für die Rundenzeiten ebenso wie für die Weiterentwicklung der Rennwagen. Der Traditionsrennstall Williams hat sich deshalb eine Rapid-Prototyping-Anlage des bayerischen Anlagenbauers Electro Optical Systems (EOS) in ihre 40 Hektar große High-Tech-Garage in der südenglischen Grafschaft Oxfordshire stellen lassen.

Bauteile, die Ingenieure am Rechner konstruieren, lässt die Anlage je nach Größe über Nacht Wirklichkeit werden. Das Grundprinzip gleicht dem eines 3-D-Druckers: Nachdem die Ingenieure ein Bauteil am Computer entworfen haben, werden die Daten an die Fertigungsmaschine weitergegeben. In ihrem Bauraum schichtet sie zunächst feine, nur wenige Mikrometer dicke Schichten Pulver aufeinander, aus Metall oder Kunststoff. Eine Lichtquelle, meist ein Laserstrahl, schmilzt und härtet nach jedem Durchgang die neue Schicht entlang der gewünschten Form des zu bauenden Teils, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird.

Schicht für Schicht wächst das gewünschte Bauteil innerhalb weniger Stunden heran. Statt wochenlang auf teure Spritzgusswerkzeuge zu warten, wird aus der Computersimulation in wenigen Stunden ein reales und bei Bedarf voll funktionsfähiges Anschauungsobjekt, das ebenso schnell auch wieder variiert werden kann. Für EOS-Geschäftsführer Johann Oberhofer ist der Rennzirkus die optimale Plattform, um die Leistungsfähigkeit seiner Anlagen zu demonstrieren: "In keiner anderen Branche ist die Notwendigkeit für schnelle Entwicklungs- und Herstellungszeiten so offensichtlich wie dort."

Auch jenseits solcher Nischen haben Unternehmen aller Branchen das Potenzial des Rapid Prototyping erkannt. Autoteile, Haushaltswaren, Produktionswerkzeuge, Prothesen sind nur einige Beispiele. Beim EOS-Kunden Jaguar halbierte sich die Entwicklungszeit für den Luftansaugkrümmer eines V8-Motors dadurch von zwölf auf sechs Monate.

Daneben gewinnt die Serienproduktion zunehmend an Bedeutung. Bei Autoherstellern werden vor allem in den volumenmäßig kleineren Oberklasse-Serien Teile im so genannten Rapid Manufacturing hergestellt, Flugzeughersteller Boeing baut seit einigen Jahren Teile des Luftleitsystems auf diese Weise. Neben den Kosten- und Zeitvorteilen spricht für die Technik, dass nahezu beliebige Geometrien gebaut werden können.

"Während der klassische Maschinenbau gerade bei kleinen Stückzahlen typischerweise mit relativ einfachen Formen wie Zylindern und ebenen Flächen arbeitet, erlaubt die schichtweise Herstellung von Bauteilen flexible und individualisierte Formen", erklärt Axel Henning vom Stuttgarter Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Hohlräume in jeder gewünschten Form zum Beispiel zur Gewichtseinsparung oder für Kühlkanäle sind ebenso möglich wie ein bionisch optimiertes, also der Natur nachempfundenes Design ohne Ecken und Kanten: "Allein das Wissen und die Erfahrung des Entwicklers bestimmen die Funktionalität und damit den Erfolg des Bauteils", sagt Henning. Der sieht die größte Herausforderung in der weiteren Verbreitung der Technik. Während bisher vor allem die Großunternehmen investieren, will das IPA mit seinem Anwenderforum vor allem auch den Mittelstand überzeugen.

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