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Wann ist gut auch gut genug im 3D-Druck?

Heute ist es möglich, neben den herkömmlichen mechanischen Produktionsverfahren auch dreidimensionale Objekte per 3D-Druck herzustellen. In den letzten Jahren machten diese Verfahren enorme Fortschritte. Dabei spielen Schutzgase für die Qualitätssicherung eine große Rolle. Aber welche Hürden sind in der industriellen Praxis wirklich zu beachten?

Mittlerweile stehen eine Reihe von unterschiedlichen 3D-Technologien zur Verfügung. Sie unterscheiden sich allem darin, wie die einzelnen Schichten aufgebaut und welche Materialien und Bindemittel verwendet werden. Die wachsende Vielfalt an Werkstoffen sowie eine zunehmende Verfeinerung der Technologie ermöglichen noch breiter aufgefächerte industrielle Anwendungsfelder.

„Die additive Fertigung ergänzt die herkömmlichen Verfahren der Metallbearbeitung und wird sie auch teilweise ersetzen“, betont Dirk Kampffmeyer, Experte für Schweißen und Additive Fertigungsverfahren bei Messer. „Zu den treibenden Kräften gehört die Luftfahrtindustrie. Zum Beispiel wurden früher Bauteile für die Einspritzungen in der Turbine aus sehr vielen Einzelteilen hergestellt. Heute werden sie einfach in einem Arbeitsgang gedruckt.“

Für Kampffmeyer wird der 3D-Druck häufig auch dann verwendet, wenn keine herkömmliche Produktion vorhanden oder sinnvoll ist und in kurzer Zeit Bauteile gebraucht werden.

Gestaltungsfreiheit und Vielfalt entdecken

Bei herkömmlichen Fertigungsverfahren sind die Hersteller häufig an enge Arbeitsvorgaben gebunden. Kommen geeignete Schutzgase zum Einsatz, so scheinen mit der additiven Fertigung schier unbegrenzte Geometrien möglich - unabhängig davon wie klein, aufwändig oder komplex die neuesten Designs auch sein mögen. Da mit dem 3D-Druck Bauteile in einem Stück gefertigt werden, erhalten sie nach dem ordnungsgemäßen Aushärten eine einzigartige Festigkeit und Stärke.

Auf diese Weise kann der Anwender mit der richtigen Gaszusammensetzung in der Druckkammer Bauteile konstruieren, die einer hohen Belastung standhalten und eine lange Zeit überdauern können. Darüber hinaus verbessert der 3D-Druck mit den passenden Gasen den Bau eines leichten und robusten Zellenverbands im Kern oder von hohlen Strukturen. Somit entstehen Bauteile mit der Festigkeit eines herkömmlichen Produkts, jedoch nur einem Bruchteil des Gewichts. Dies ist ideal für High-End-Anwendungen wie zum Beispiel in der Luftfahrt.

Mit dem entsprechenden Know-how sowie den notwendigen Schutzgasen kann der 3D-Druck Bauteile mit jeder gewünschten Oberflächenstruktur erzeugen, was vor allem auch im medizinischen Bereich gefordert wird. So ist die additive Fertigung dazu in der Lage, verschiedene Flächen mit unterschiedlichen Oberflächen am gleichen Bauteil - in einem Arbeitsschritt und ohne komplizierte Nachbearbeitung - herzustellen.

„Darüber hinaus müssen beim 3D-Druck für eine gleichbleibende hohe Qualität nicht nur das Schutzgas, sondern auch die Schutzgasleitungen in einem sauberen Zustand sein“, stellt Kampffmeyer heraus. „Dafür sollte auch das Konzept für den Schutzgasfluss in der Druckkammer den jeweiligen Anforderungen entsprechen.“ Insbesondere Werkstoffe wie zum Beispiel Aluminium sind laut Kampffmeyer schwer zu drucken, weil sie viele Fremdpartikel im Pulver enthalten, vor allem Feuchtigkeit und Oxide. Daher benötigen solche Werkstoffe für die Lagerung ebenfalls geeignete Schutzgase.

Richtlinien und Zertifizierung berücksichtigen

Da die additive Fertigung nicht selten in hochsensiblen Branchen wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik zum Einsatz kommt, muss man sich mit den Themen Sicherheit, Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit von Materialien auseinandersetzen. Insbesondere Start-ups sollten sich frühzeitig mit diesen Themen beschäftigen. Schon alleine, um auf mögliche Fragen zur Produkthaftung vorbereitet zu sein. Natürlich muss sich der 3D-Druck an Normen und Standards halten, wie sie auch für die herkömmliche Fertigung gelten.

Daher gibt es bereits einige Richtlinien und Festlegungen. Diese beginnen bei der allgemeinen Maschinensicherheit und erstrecken sich bis zu den Anforderungen an die Beschaffung von additiv gefertigten Bauteilen. Diese Vorgaben sind notwendig, damit sich die Unternehmen darauf verlassen können, dass während der Herstellung bei einer einheitlichen Datengrundlage auch gleichartige Bauteile produziert werden und Abweichungen in den tolerierbaren Bereichen liegen.

Bei einer überregionalen verteilten Herstellung von 3D-Druck-Bauteilen müssen immer folgende Punkte gewährleistet werden: Nur autorisierte Personen dürfen Zugriff zu den relevanten Daten erhalten, nur die unverfälschten Originaldaten für eine genau festgelegte Anzahl an Bauteilen dürfen Verwendung finden und ein Missbrauch durch Raubkopien muss verhindert werden. Diese Forderungen rufen ein Lizenz-Management, den Urheberrechtsschutz und Kopierschutz auf den Plan.

Risiken der additiven Fertigung beachten

Der 3D-Druck birgt aber auch Risiken. Denn die dort verwendeten Materialien können nicht nur eine Herausforderung in Bezug auf die Qualität der Bauteile sein, sondern auch eine mögliche und ernstzunehmende Gefahrenquelle für die Mitarbeiter bieten. Denn Metallpulver mit einer Partikelgröße von weniger als 100 Mikrometer sind gefährlich. Deshalb sollten die Mitarbeiter immer eine Schutzausrüstung tragen. Und es kann noch gefährlicher werden: Wenn Metallpulver durch Überhitzung Feuer fangen oder Erstickungsgefahr durch die Schutzgase droht.

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