3D-Druck: die beste Lösung für den Werkzeugbau
Additive Manufacturing (AM, auch bekannt als 3D-Druck) begann ursprünglich als Methode für das Rapid Prototyping, die die Vorteile von Geschwindigkeit und Flexibilität für die frühen Phasen der Produktentwicklung bot, während die meisten Elemente der Produktion den traditionellen Fertigungsmethoden (wie CNC oder Spritzguss) überlassen wurden. Im Laufe der Jahre wurden neue 3D-druckbare Materialien, Drucker und Verfahren auf den Markt gebracht. Diese verbesserten die mechanischen Eigenschaften und die Qualität von 3D-gedruckten Teilen erheblich, ermöglichten aber auch einen günstigeren Preis pro Teil. In der Folgezeit haben wir die Verbreitung des 3D-Drucks über das Prototyping hinaus bis hin zu fortgeschrittenen Phasen der Produktentwicklung wie der Einführung neuer Produkte und sogar der Produktion von Endverbrauchsteilen in verschiedenen Branchen (wie Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau, Automobilbau usw.) beobachtet.
Dennoch zögert die überwiegende Mehrheit der Hersteller aus offensichtlichen Gründen, den 3D-Druck für ihre Endverbrauchsteile zu nutzen; er erfordert ein hohes Maß an Fachwissen, das in ihren Unternehmen nicht immer vorhanden ist (und das Auslagern ist teuer). Außerdem muss ein strukturierter Prozess implementiert werden, der Iterationen beim Design und Testen der 3D-gedruckten Teile ermöglicht, um eine Optimierung sicherzustellen.
Glücklicherweise betrifft die Produktion nicht nur Endverbrauchsteile, und eine aktuelle Untersuchung der häufigsten industriellen Anwendungen des 3D-Drucks zeigt, dass der Werkzeugbau zu einer sehr prominenten Anwendung für AM geworden ist. Dies liegt an den vielen Vorteilen, die Additive Manufacturing bietet, wie z. B. kurze Vorlaufzeiten, hohe Anpassungsfähigkeit und erhebliche Kostenreduzierung – was AM ideal für die Herstellung von Werkzeugen, Vorrichtungen und Halterungen macht.
Der Markt für Additive Manufacturing für die allgemeine Industrie und den Werkzeugbau wird im Jahr 2029 voraussichtlich 5,48 Mrd. $ erreichen (Quelle: GlobeNewswire)
Werkzeugbau & Fertigung
Vorrichtungen sind Komponenten, die bei der Bearbeitung, Positionierung und Montage von Teilen in großen Produktionen helfen und einen genauen und wiederholbaren Fertigungsprozess ermöglichen. Werkzeuge, Vorrichtungen und Halterungen können aus verschiedenen Materialien, Metallen und Kunststoffen hergestellt werden. Werkzeuge sind für die Optimierung von Fertigungsprozessen und die Produktion hochwertiger Teile von entscheidender Bedeutung, da sie die Produktivität und Effizienz der Produktion erhöhen und gleichzeitig menschliche Fehler reduzieren sowie die Produktionszeiten senken.
Die Herstellung von Vorrichtungen erfordert ein hohes Maß an Individualisierung und Präzision und ist daher in der Regel ein sehr zeitaufwändiger, teurer und technisch anspruchsvoller Prozess, der in der Regel zu langen Konstruktions- und Produktionszyklen führt. Der industrielle 3D-Druck kann Herstellern helfen, ihre Vorrichtungen effizienter zu produzieren. Immer mehr Unternehmen haben bereits die Vorteile des 3D-Drucks als Methode zur Herstellung von Werkzeugausrüstung erkannt, da die Technologie in der Lage ist, komplexe und kundenspezifische Ausrüstung in kleinen Stückzahlen auf Abruf zu produzieren.
Laut Deloitte Insights ist die Produktionsgeschwindigkeit von additiv gefertigten Teilen in der Regel viel schneller als die Produktion desselben Teils mit traditionellen Methoden, sogar bis zu 90 Prozent. Einer der Hauptgründe dafür ist, dass die Werkzeugherstellung über die traditionelle Fertigung viele langwierige Bearbeitungsschritte beinhaltet, während bei der Additiven Fertigung weniger Bearbeitungsschritte erforderlich sind und teilweise sogar ganz auf eine Bearbeitung verzichtet werden kann. Der Geschwindigkeitsvorteil von AM prädestiniert es auch für die Herstellung zahlreicher Iterationen und Änderungen im Design, wodurch Flexibilität und Innovation erleichtert werden. Die Steigerung der Produktivität führt zu einer drastischen Reduzierung der Produktionszykluszeiten.
Kostenreduzierung
Die Fähigkeit, schnelle Änderungen in der Konstruktion durchzuführen, ermöglicht erhebliche Kosteneinsparungen, insbesondere bei geringen Produktionsmengen. Die Reduzierung der damit verbundenen Kosten ermöglicht es den Unternehmen, ihre Werkzeuge häufiger zu modifizieren und zu aktualisieren und hilft den Unternehmen, die Anforderungen der Produktdesignzyklen zu erfüllen. Additive Manufacturing reduziert auch die Materialausschussrate, wodurch Hersteller Materialkosten einsparen können. Zusätzlich verbessert der automatisierte Prozess die Produktausbeute, eliminiert menschliche Fehler während der gesamten Montage und reduziert den Arbeitsaufwand im Vergleich zu traditionellen Fertigungsmethoden.
Volkswagen Autoeuropa erreichte mit Additive Manufacturing eine Kostenersparnis von 98 % und eine Zeitersparnis von 89 %, als sie ihre Radschutzvorrichtung für 21 € pro Teil statt 800 € drucken konnten, und das in nur zehn Tagen statt zuvor in 56 Tagen.
Verbesserungen in Funktionalität und Qualität
Additive Manufacturing ermöglicht die Produktion von komplexeren Designs, die mit traditioneller Fertigung nur schwer oder gar nicht zu realisieren wären. Es ermöglicht häufigere Änderungen und Austauschvorgänge und verbessert so das Design und die Funktionalität der Komponenten. Die Produktion mittels Additive Manufacturing kann sogar zu qualitativ hochwertigeren Werkzeugen mit längerer Lebensdauer der Teile führen, da die Wärmeübertragung homogener ist, was in besseren Kühleigenschaften resultiert. Qualitativ hochwertigere Teile verringern die Ausschussrate und senken auch die Stückkosten. AM schafft Möglichkeiten zur Teilekonsolidierung, wodurch die Funktionalität des Werkzeugs optimiert werden kann und die Notwendigkeit der Montage entfällt.
Exco Engineering etwa verbesserte die Qualität seiner Werkzeuge und druckte langlebige Werkzeugeinsätze, die mehr als 150.000 Zyklen überdauert haben.
Bessere Ergonomie
Das 3D-Drucken von Werkzeugen, Vorrichtungen und Halterungen ermöglicht es Herstellern, ein individuelles Design zu erstellen, das genau auf die Leistung des Teils abgestimmt ist, um Sicherheit und Ergonomie der Hilfsmittel zu verbessern. Mit Additive Manufacturing hergestellte Werkzeuge sind leicht und können für die jeweilige Anwendung und sogar für den jeweiligen Benutzer maßgeschneidert werden (was besonders bei medizinischen Geräten nützlich ist).
So hat etwa BMW ergonomische Werkzeuge für die Automobilmontage und -prüfung in 3D gedruckt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der weiteren Entwicklung und Verbesserung der 3D-Drucktechnologien die Verwendung von AM für den Werkzeugbau weiter zunehmen wird. Additive Manufacturing für den Werkzeugbau erhöht die Fähigkeit von Unternehmen, innovativ zu sein, um die Produktentwicklungszyklen zu verkürzen, und wird sich in Zukunft wahrscheinlich noch stärker auf Lieferketten sowie Produkte auswirken.
Von der Verkürzung der Durchlaufzeiten und der Senkung der Kosten bis hin zur Verbesserung der Funktionalität und Ergonomie wirken sich die Vorteile von Additive Manufacturing für den Werkzeugbau auf den gesamten Produktentwicklungsprozess aus. Es gibt jedoch noch einige Herausforderungen, wie etwa die Nachfrage nach mehr verwendbaren Materialien, die Anforderung, größere Werkzeuge herzustellen, sowie die erforderlichen Kenntnisse und Fähigkeiten im Bereich Design und Technologie der Additiven Fertigung.
Über CASTOR
CASTOR ist ein in Israel ansässiges Softwareunternehmen, das 2017 von Omer Blaier und Elad Schiller gegründet wurde. Beide Unternehmer haben weitreichende Erfahrung im Kontext von Maschinenbau und Softwaretechnik. Das Unternehmen verfolgt die Mission, Hersteller dabei zu unterstützen, die Rentabilität durch den Einsatz von industriellem 3D-Druck zu steigern. 3dCASTOR entwickelt Tools, die der Herausforderung gewachsen sind zu identifizieren, wo, wann und wie 3D-Druck eingesetzt werden kann, um Kosten zu senken. Das Unternehmen wird vom großen Speciality Chemicals Unternehmen Evonik unterstützt und gab kürzlich seine Partnerschaft mit Siemens Digital Industries Software bekannt. Die Produktlinie von CASTOR umfasst auch CASTOR Light, die Basisstufe für AM-Neueinsteiger, sowie CASTOR White Label; eine vollständig gebrandete, maßgeschneiderte Plattform, die Lead Generation Tools zur Verbesserung des AM-Geschäfts bietet.
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