Systems & Services for EB Welding, Laser in Vacuum Welding & Additive Manufacturing in Vacuum
Pulverbett mit Laser im Vakuum
Diffusion Bonding
Drahtzufuhr mit Laser im Vakuum
Drahtzufuhr mit Elektronenstrahl

Additive Fertigung

Erweiterung der Metallbearbeitungstechnologie: Rapid Prototyping und vielseitige Designmöglichkeiten

Additive Fertigung (AF) oder 3D-Druck erzeugt grundsätzlich dreidimensionale Objekte aus einem digitalen 3D-CAD-Modell.


Es beschreibt verschiedene computergesteuerte Materialabscheidungs-, Füge- oder Erstarrungsprozesse, die ein dreidimensionales Objekt durch schichtweises Hinzufügen von Material erzeugen, anstatt es wie bei der konven-tionellen Fertigung zu subtrahieren.


Die erste Forschung und Entwicklung begann in den späten 1960er Jahren. 1987 verfestigte die Stereolithografie (SL), die erste kommerzielle AM-Anwendung, dünne Schichten aus UV-lichtempfindlichem flüssigem Polymer mit einem Laser.

1997 wurde über das erste kommerzielle 3D-Druckverfahren berichtet, bei dem Pulverschichten aus einer Titanlegierung selektiv geschmolzen wurden.

Würfel gebaut mit Laser im Pulverbett Verfahren - Quelle: EVOBEAM

Drahtbasierte additive Fertigung (EBAM) - Quelle: Sciaky Inc.

Eigenschaften und Vorteile

  • Schneller Prototypenbau, schneller Werkzeugbau, schnelle Fertigung und schnelle Reparatur


  • Erweiterung der Designmöglichkeiten und Erreichen einzigartiger Gewichts- und Festigkeitseigenschaften


  • Endkonturnahe Fertigung von Komponenten und Reduzierung von Abfall und Energieverbrauch

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Additive Fertigung - Technologie

Additive Fertigung mit Strahltechnologie ermöglicht Rapid Prototyping, Werkzeugbau und Fertigung

Additive Fertigung ist das dritte Hauptfertigungsprinzip neben der formativen und subtraktiven Fertigung.


Additive Fertigung von Metall kann mit verschiedenen technologischen Ansätzen umgesetzt werden. Mittlerweile sind mehr als 18 verschiedene Metall-3D-Druckverfahren bekannt. Derzeit ist das laserbasierte Pulverbettschmelzen die am weitesten verbreitete Technologie. Darüber hinaus gibt es drahtbasierte Strahltechnologien, die im Vergleich zum Pulverbettschmelzen deutlich höhere Aufbauraten erzielen.

Für feine und komplexe Strukturen ist das Pulverbettschmelzen die bevorzugte Wahl für die additive Fertigung von Metallen.


Liegt der Fokus auf schnellen Aufbauraten und einfacheren Strukturen, bietet die drahtbasierte Strahltechnologie den geeignetsten Ansatz.


Zum Verbinden oder Hinzufügen verschiedener Materialien mit sehr einfachen Geometrien eignet sich das Diffusionsschweißen am besten.

     Additive Fertigung - Systeme & Optionen

    Verschiedene Technologien im Vakuum für eine optimierte additive Fertigung

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    Zusatzinformationen

    Der 3D-Druck bewirkt einen Paradigmenwechsel in der Metallverarbeitung. Diese Technologie ermöglicht völlig andere Ansätze zur Herstellung von Gegenständen, die eine Reihe von Schritten traditioneller Fertigungsmethoden erübrigen könnten: z. B. Gießen, Umformen oder spanende Bearbeitung.


    Eigenschaften und Vorteile

    • Allgemeiner Ansatz:
      Die digitale 3D-Drucktechnologie konvertiert Produktdaten in strukturiertes Material.
      Aus einem 3D-Modell erzeugt eine additive Fertigungsmaschine direkt ein reales 3D-Bauteil. Eine Konstruktion kann schnell im CAD-Programm geändert und dann ein neues 3D-Teil gebaut werden.


    • Rapid Prototyping:
      Der Fokus liegt auf der schnellen Fertigung eines Prototyps zur Demonstration, d.h. zum Anschauen und Anfassen. Keine hohen Anforderungen an Materialeigenschaften und Festigkeit.


    • Schneller Werkzeugbau:
      Bauteile für den realen Einsatz mit hohen Anforderungen an die Eigenschaften (Material, Festigkeit, etc.).


    • Schnelle Fertigung:
      Direkte kundenspezifische Produktion von endkonturnahen Kleinserien aus dem CAD-Modell.


    • Schnelle Reparatur:
      Direktes Auftragen von Material an der beschädigten Stelle bis in die Nähe der Endkontur.


    • Endkonturnahe Fertigung von Bauteilen:
      Der 3D-Druck arbeitet Schicht-für-Schicht. So entsteht eine endkonturnahe Form mit minimalem Materialüberschuss. 


    • Ermöglicht bisher unmögliche Gewichts- und Festigkeitseigenschaften:
      Der 3D-Druck metallischer Werkstoffe ermöglicht stabile und gleichzeitig leichte Geometrien, die bisher so nicht herstellbar waren.
      Beispiele hierfür sind: interne Strukturen wie belastungsoptimierte, bionische Architekturen (z.B. Bienenwaben) oder interne Kühlkanäle. Darüber hinaus können Komponenten als ein Stück und nicht als Zusammenbau mehrerer Teile gefertigt werden.


    • Weniger Abfall und Energieverbrauch:
      Additive Fertigung beeinflusst den ökologischen Fußabdruck doppelt.
      Direkt in der Produktion: Bezogen auf die gesamte Prozesskette, erzeugt der 3D-Druck direkt nur die notwendigen Strukturen und spart Energie indem er Nachbearbeitung und damit Abfall vermeidet.
      Indirekt beim Einsatz 3D-gedruckter Teile, die im Vergleich zu konventionell hergestellten Teilen deutlich leichter sein können. Insbesondere für alle Arten von Fahrzeugen und Flugzeugen verbraucht weniger Gewicht auch weniger Energie. Am Ende des Lebenszyklus des 3D-gedruckten Teils muss weniger Material recycelt oder entsorgt werden.



    Herausforderungen der additiven Fertigung

    Trotz vieler positiver Aspekte der additiven Fertigung insbesondere für das Rapid Prototyping sind die Möglichkeiten, die konventionelle Großserienfertigung zu ersetzen, begrenzt.


    • Materialkonsistenz des gefertigten Werkstücks:
      Beim 3D-Druck ist die Konsistenz der einzelnen Schichten möglicherweise nicht einheitlich. Mit fortschreitender Technologie kann sich dieser Aspekt den konventionellen Fertigungsmethoden annähern.


    • Mechanische Einschränkungen der Werkstückgröße:
      Derzeit entsprechen die erreichbaren Größen des 3D-Drucks nicht bestimmten Anforderungen von Industriesegmenten wie der Luft- und Raumfahrt. 


    • Materialkosten:
      Beim Einsatz der Pulverbetttechnologie für den 3D-Druck ist das Metallpulver im Vergleich zur konventionellen Fertigung sehr teuer, da vergleichsweise wenige Metallpulver geeignet sind und Skaleneffekte fehlen.


    • Skalierbarkeit:
      Die additiven Fertigung mit Metall ist langwierig und hängt von der Aufbaurate der verwendeten Technologie ab. Der Durchsatz je Maschine kann nicht beliebig erhöht oder an einen erhöhten Bedarf angepasst werden. Insbesondere bei Großserien ist die additive Fertigung mit Metall noch nicht konkurrenzfähig zu kostengünstigen konventionellen Fertigungsverfahren.


    • Mischen von Materialien:
      Die konventionelle Metallfertigung ermöglicht eine Vielzahl von Materialkombinationen. Diese verbessern oder optimieren die Materialeigenschaften des fertigen Werkstücks. Der 3D-Druck mit Metall ermöglicht dies derzeit nicht in wirtschaftlich sinnvoller Weise.