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Anwendungsgebiete der additiven Fertigungsverfahren

Die Möglichkeiten und Potenziale der additiven 3D-Fertigung kann man beispielhaft an folgenden Themen und Beispielen aufzeigen:

• Substitution: Klassische Fertigungsstrategien werden um  3D-Druck-Verfahren ergänzt – bestimmende Faktoren der Entscheidung  lauten: Losgrößen, Kosten, Zeit und Qualitätsanforderungen oder  Komplexität der Bauteile und Funktionsintegration. So verwendet zum Beispiel der Flugzeughersteller  in dem Kampfjet F-18 Hornet 86 Lasersinterteile.
   
• Ergänzung: Klassische und 3D-Druck-Strategien können verknüpft werden, siehe Hybridbauweise.
   
• Prototypenbau: In der Luft- und Raumfahrt mit den branchentypischen  kleinen Stückzahlen, aber hoher Entwicklungstätigkeit hat ein 3D-Druck  Ansatz zahlreiche Vorteile: Versuchsträger, Triebwerke oder metallische  Baugruppen entstehen werkzeuglos und schnell. Die  Entwicklungsgeschwindigkeit nimmt zu.
   
• Prothesen/Implantate: In der Medizintechnik ermöglicht der 3D-Druck  die Fertigung originalgetreuer Modelle, Implantate und Prothesen. Dabei  werden Kunststoffe, Metalle, Mineralien sowie Keramik verwendet, um  unterschiedlichste Einsatzmöglichkeiten zu ermöglichen, wodurch sich die Erzeugnisse auch hinsichtlich der Qualität sowie Lebensdauer  unterscheiden.
   
• Steigerung der Wirtschaftlichkeit: Im Gegensatz zu Urformen,  Umformen oder subtraktiven Fertigungsverfahren, also Trennen, erhöht  sich bei 3D-Druck-Verfahren die Wirtschaftlichkeit mit steigender  Komplexität der Bauteilgeometrie. Ein, für U-Boote von ThyssenKrupp Marine Systems, entwickelter komplexer Steuerblock für Rohrleitungen soll in  Serienproduktion kleinerer Stückzahlen hergestellt werden. Ein solcher  Muldensteuerblock wiegt nur noch ein Fünftel so viel wie aus der  konventionellen Fertigung. Die additiv gefertigten Bauteile sollen  sowohl für den Neubau, als auch als Ersatzteile produziert werden.
   
• Paradigmenwechsel: In bestimmten Branchen ist der Paradigmenwechsel  bereits vollzogen. Bei Entwicklungen in der Luft- und Raumfahrt wird aus Zeit- und Kostenüberlegungen das 3D-Drucken als Standard praktiziert. Die Raumfahrtfirma SpaceX von Elon Musk fertigt die Brennkammern für die Raketentriebwerke von Dragon V2 mit 3D-Druckern im Laserstrahlschmelzen.
   
• bedarfsnahe Fertigung (dezentral oder zeitlich): Die dezentrale Fertigung (Cloud Producing) und die Fertigung „on demand“ bieten zahlreiche  Vorzüge in Bezug auf Kosten und CO₂-Emission. Speziell für die Luftfahrt ist es zukünftig möglich, Ersatzteile „on demand“ zu fertigen ohne  Werkzeugvorhaltungen. Das revolutioniert die Logistikkonzepte der  Luftfahrtbranche und reduziert die Revisionszeiten von Flugzeugen.
   
• Herstellungsprozesse können teilweise digital werden: Der Zahnarzt  scannt das Gebiss mit einem Interoral-Scanner. Daraus entstehen  CAD-Rohdaten, die in einem Dentallabor in Dentalimplantate umgesetzt  werden.
• Varietäten- und Unikat-Option: Individuelle Produktlösungen  (Unikate), Production-on-demand und größere Losgrößen sind keine  Widersprüche. Production-on-demand verändert die Logistikkonzepte und  Ersatzteilbevorratungen.
   
• Bionik und die Veränderungen von Konstruktionsstrategien: Die  Geometriefreiheit sorgt für neue Produktideen. Leichtbauansätze und  bionische Strukturen werden möglich.
  
   
• Werkzeuglose und formlose Fertigung, indem die CAD-Daten mit dem 3D-Drucker umgesetzt werden.
• Möglichkeit, sehr kleine Strukturen zu fertigen.

Lautsprechergehäuse aus 3D-Drucker - Quelle Wikipedia

Folgende Bereiche können durch den Einsatz von 3D-Druck zur  Herstellung von Prototypen, Modellen, Formen und Einzelstücken oder zur  Serienfertigung profitieren:

• Schmuck und Mode
• Fertigung von Ersatzteilen für den Eigenbedarf
• Modellbau
• Spielwarenindustrie und Fertigung von Sammlerstücken
• Handwerk, z. B. Erstellung von Modellen für den Metallbau
• Film und Unterhaltung
• MINT-Unterrich

Additive Fertigungsverfahren in der Industrie
Additive Fertigungsverfahren werden bereits in verschiedenen  Industriebranchen, wie dem Maschinen- und Anlagenbau, der  Automatisierungstechnik, dem Automobilbau, der Luft- und Raumfahrtindustrie, sowie dem Schiffbau und der Marinetechnik eingesetzt. Des Weiteren zählen zu den industriellen Anwendungsgebieten die Gießereitechnik, der Werkzeug- und Formenbau, die Elektro- und Elektronikindustrie, die Medizintechnik, die Montagetechnik und die Verpackungsindustrie.

Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen der Herstellung von  Modellen, Prototypen und Einzelstücken einerseits und der  Serienfertigung andererseits. 3D-Drucker dienten zunächst vor allem der  Herstellung von Prototypen und Modellen (Rapid Prototyping), dann der Herstellung von Werkzeugen (Rapid Tooling) und schließlich von Fertigteilen (Rapid Manufacturing), von denen nur geringe Stückzahlen benötigt werden. In den letzten Jahren wurden die Anwendungsgebiete für die Additiven Fertigungsverfahren auf weitere Felder ausgedehnt.

In Verbindung mit weiteren modernen Technologien wie zum Beispiel dem Reverse Engineering, dem CAD sowie heutigen Verfahren des Werkzeugbaus wird die Verfahrenskette innerhalb der Produktentwicklung auch als Rapid Product Development bezeichnet. Weiterhin wird durch die digitale Schnittstelle der 3D-Drucker und deren automatisierter Fertigungsprozesse eine dezentrale Produktion ermöglicht (Cloud Producing).

3D-Druck-Verfahren werden bisher vor allem dann eingesetzt, wenn  geringe Stückzahlen, eine komplizierte Geometrie und ein hoher Grad der  Individualisierung gefordert sind. Solche Bereiche sind unter anderem  der Werkzeugbau, die Luft- und Raumfahrt oder medizinische Produkte.