Passwort vergessen?  |  Anmelden
 |  Passwort vergessen?  |  Anmelden

Donnerstag, 18. Mai 2017, Ausgabe Nr. 20

Donnerstag, 18. Mai 2017, Ausgabe Nr. 20

Additive Fertigung

Professioneller 3-D-Druck spart Ressourcen

Von Thomas Isenburg | 5. Juni 2015 | Ausgabe 23

Noch sind auftragende Produktionsverfahren jung. Ob die Technik dabei helfen kann Ressourcen zu sparen, hängt vor allem davon ab, wie die Bauteile hergestellt werden. Professionelle Anwender wissen, worauf es dabei ankommt und betrachten den gesamten Produktlebenszyklus.

3D-Isenburg-BU
Foto: TheSavingProject/EOS

Leichtbau: 3-D-Lasersintern reduziert den Materialbedarf. Der Verschluss des Sicherheitsgurtes senkt damit den Kerosinverbrauch von Flugzeugen.

Ob Additive Fertigung bzw. 3-D-Druck eher Ressourcen schont oder zu mehr Materialverbrauch führen wird, ist noch offen. „Bislang gibt es zum Thema wenig wissenschaftliche Untersuchungen“, macht Hartmut Stahl deutlich. Für den Chemiker vom Öko-Institut, Freiburg, ist nur eines klar: Additive Fertigungsverfahren bieten die Möglichkeit oder verführen dazu „sich schnell mal etwas auszudrucken“. Das sei aber lediglich ein Potenzial oder Risiko für einen zusätzlichen Ressourcenverbrauch.

Auf Fachveranstaltungen wie der Rapid Tech kommende Woche in Erfurt, stehen dagegen die Chancen im Vordergrund. So lassen sich per 3-D-Druck auch Formen herstellen, die bislang mit klassischen Verfahren gar nicht oder nicht wirtschaftlich realisiert werden konnten. Das liegt in der Natur des Verfahrens, bei dem Bauteile schichtweise aufgebaut werden, statt sie von einem Rohteil abzutragen.

Verfahrensbedingt können die additiven Methoden dabei zu Einsparungen führen, beispielsweise durch Gewichtsersparnisse dank optimierter Bauteilstrukturen und weil kein Späneabfall entsteht. Über das geringere Bauteilgewicht ergeben sich bei Flugzeugen und Automobilen zudem günstigere Werte beim Kraftstoffverbrauch.

Idealerweise sollen additive Fertigungsverfahren künftig auch dazu beitragen, Transporte zu reduzieren, indem Ersatzteile direkt vor Ort gedruckt werden. Im Hinblick auf den gesamten Produktlebenszyklus erscheint der Transportanteil für die Nachhaltigkeitsberechnung allerdings gering. Viel wichtiger ist, dass die Teile erst bei Bedarf produziert werden und die Lagerhaltung mit dem Risiko der Bauteilalterung entfallen kann.

Ein Pionier der generativen Bauteilerstellung ist die EOS GmbH in Krailling bei München. Das Unternehmen hat über 25 Jahre Erfahrung mit dem Lasersintern, bei dem ein pulverförmiger Ausgangswerkstoff per Laser schichtweise strukturiert wird. Sowohl Kunststoffe als auch Metalle stehen dafür zur Verfügung.

Zusammen mit der Airbus Group Innovations hat das Unternehmen eine Nachhaltigkeitsstudie durchgeführt. Untersucht wurde das Landeklappenscharnier eines Airbus A320. Es ging darum, detaillierte Aspekte des gesamten Lebenszyklus zu untersuchen: von der Rohstoffgewinnung und dem Transport des Metallpulvers über den Anlagenhersteller bis hin zum Endnutzer. Hierzu führten die beiden Unternehmen eine vereinfachte Ökobilanz nach dem Streamlined Life Cycle Assessment (SLCA) durch. Verglichen wurden die Auswirkungen bei der additiven und der klassischen Produktion von Landeklappenscharnieren.

Generell wurde dabei deutlich, dass der größte Anteil am Energieverbrauch und den CO2-Emissionen in der Nutzungsphase des Scharniers verursacht wird. In Verbindung mit konstruktiven Anpassungen fielen laut dem Luftfahrtspezialisten die CO2-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus hinweg bei dem additiv gefertigten Bauteil um nahezu 40 % niedriger aus als beim konventionell hergestellten Produkt. Hauptursache war das reduzierte Gewicht.

Der gesamte Energieverbrauch für die Herstellung des Metallausgangswerkstoffs in Pulverform und die anschließende Herstellung im additiven Fertigungsverfahren war nach den Studienergebnissen allerdings höher als bei den entsprechenden Gussprozessschritten. Gleichzeitig wird dabei nur der tatsächlich benötigte Werkstoff eingesetzt, wodurch auch die Nachbearbeitung gegenüber dem Gussteil entfällt. Damit kommt EOS zu einem durchweg positiven Urteil, wenn es die Nutzungsphase des Scharniers mit einkalkuliert.

Auch in der Kunststoffverarbeitung werden vorwiegend funktionsfähige Einzelteile und Kleinserien mittels additiver Fertigung hergestellt. Dort trifft die Technik auf das etablierte Spritzgussverfahren, das auf Großserien abzielt. Mit beiden Techniken beschäftigt sich das Unternehmen Arburg aus Loßburg. Dort sagt Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik, zu den Nachhaltigkeitsaspekten: „Ist ein Bauteil von Anfang an konstruktiv für die additive Fertigung ausgelegt, entstehen nur die Strukturen, die tatsächlich für seine Funktion gebraucht werden. Das ist eine grundsätzlich andere Herangehensweise, als einen ,Klotz’ aus Metall spanend, also subtraktiv zu bearbeiten.“ Beim Spritzgießen von Kunststoffen sei zudem oftmals ein Anguss erforderlich, um die gewünschten Fließwege zu erzielen. Dieser wird im Nachgang abgetrennt und muss entsorgt werden, sofern das Material nicht recyclingfähig ist.

Dazu kommt, dass bei der additiven Fertigung auf ein Spritzgießwerkzeug verzichtet werden kann. Das spart Kosten für deren Material, Bearbeitung, Transport und die langjährige Aufbewahrung der Form. Ersatzteile können dann bei Bedarf ausgedruckt werden.

Je nach Bauteilgeometrie arbeitet das von Arburg entwickelte Verfahren entweder komplett abfallfrei oder mit einem umweltfreundlichen, wasserlöslichen Stützmaterial. Insgesamt hält das Unternehmen die additive Fertigung für nachhaltig.

 

stellenangebote

mehr