Wie der 3D-Druck die kunststoffverarbeitende Industrie verändert

Paul K. Steck | Feb 22, 2023

Es ist nicht die Zukunft – es ist die Gegenwart. Und hier ist der Beweis. Die Fortschritte im 3D-Druck waren in den letzten Jahren dynamisch und haben auch Auswirkungen auf zahlreiche Branchen. Von der medizinischen Prothetik über den Wohnungsbau bis hin zur physischen Infrastruktur unserer Städte und Gemeinden hat sich nun gezeigt, dass alles mit der Anwendung dieser Technologie erreichbar ist. Die meisten, wenn nicht alle Branchen nutzen die Vorteile des 3D-Drucks. Audi Motors nutzt es bereits zur Herstellung einiger spezifischer Teile, und 3D-Drucker und -Teile sind auch auf Kriegsschiffen vorhanden und werden in zahlreichen militärischen Szenarien taktisch eingesetzt.

Wohin wird der mutige 3D-Druck als nächstes gehen? Wie wäre es mit dem Weltraum?

Seit 2019 ist in der Internationalen Raumstation ein Biodrucker zum Drucken von menschlichem Gewebe installiert. In nicht allzu ferner Zukunft wird die weitere Erforschung des Weltraums 3D-Drucktechnologie erfordern. Wenn wir vorhaben, einen anderen Planeten zu kolonisieren, können wir mithilfe des 3D-Drucks schnell – und kosteneffizienter – Behausungen und andere Strukturen aus einheimischen Materialien bauen. Wir sind nur noch wenige Zentimeter davon entfernt, dass dies Wirklichkeit wird.

Die NASA beschäftigt sich intensiv mit dem Einsatz des 3D-Drucks. Im Dezember 2019 veröffentlichte es ein Dokument über seine Programme mit dem Titel „Solving the Challenges of Long Duration Space Flight with 3D Printing“. Das In-Space Manufacturing (ISM)-Projekt am Marshall Space Flight Center (MSFC) der NASA konzentriert sich auf die bedarfsgerechte Herstellung von Ersatzteilen, Werkzeugen und Materialien für den Routinebedarf auf langen Reisen und die Bereitschaft, schnell auf unvorhergesehene Ereignisse zu reagieren. Eine Lösung könnte die Fertigung im Weltraum mithilfe der 3D-Drucktechnologie sein. Durch den 3D-Druck unter Schwerelosigkeitsbedingungen konnten bereits Dutzende Teile erfolgreich hergestellt werden. Dies zeigt, dass die fehlende Schwerkraft kaum oder gar keine Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit oder Qualität eines Artikels hat.

Zu den Vorteilen des 3D-Drucks und der additiven Technologie für die Fertigung gehören:

Beim Großformatdruck entfällt häufig die Notwendigkeit, Teile zusammenzuschweißen, was Arbeitskosten und Zeit reduziert und insgesamt zu einer höheren Festigkeit der Teile führt. Beispielsweise haben wir kürzlich Prototypen für die Messe eines Kunden in Paris erstellt und ihm so Zeit und Geld gespart. Über das Prototyping hinaus sind schnelle und kostengünstigere Kleinserien jetzt Realität.

Dies wirft die Frage auf: Werden andere traditionelle Kunststoffformverfahren obsolet werden?

Obwohl der 3D-Druck zahlreiche Vorteile bietet, wird er herkömmliche Produktionsmethoden nicht vollständig verdrängen. Es handelt sich immer noch um eine sich entwickelnde Technologie mit Hürden, die bei der Auswahl eines Produktentwicklungsansatzes berücksichtigt werden sollten. Hersteller und Produktdesigner sollten es als einen Prozess betrachten, der die konventionelle Produktion ergänzt. Sie können seine besonderen Eigenschaften nutzen, um das Produktdesign zu verbessern und sogar Teile zu schaffen, die auf andere Weise nicht möglich wären. Doch in naher Zukunft könnten 3D-Druck und additive Technologie bestimmte Kunststoffformverfahren ersetzen. Warum? Weil es den Bedarf an kostspieligen Silikon- oder Gummiformen überflüssig macht und die anderen oben genannten Vorteile mit sich bringt. Unser eigenes Unternehmen verzeichnete im Jahr 2022 ein Wachstum von 17,5 %, wovon ein Teil auf die additive Fertigung zurückzuführen ist. Wir produzieren sogar Gehäuse für ein Unternehmen, das 3D-Drucker herstellt.

In seinem Artikel „Ist 3D-Druck die Zukunft der Fertigung?“ David Spergel geht in Industry Today davon aus, dass die Zukunft naht. Die schnelle und kostengünstige Massenfertigung mithilfe des 3D-Drucks muss schneller und kostengünstiger werden. Derzeit ist die additive Fertigung insgesamt für die Fertigung großer Stückzahlen zu träge, auch wenn sie für kleine Stückzahlen nützlich ist. Dennoch wird die Technologie ihre Präsenz erweitern und sich weiterhin mit bereits bestehenden Prozessen kombinieren lassen. Mit zunehmender Reife des 3D-Drucks werden die Hersteller ihren eigenen Plan haben, wie sie davon profitieren wollen. Für die Effizienz im großen Maßstab ist der Nachbearbeitungszyklus für die meisten Waren aufwändig, aber unser Unternehmen ist auf die hochwertige Veredelung von Kunststoffteilen spezialisiert und wir haben im direkten Vergleich bewiesen, dass 3D-Teile dieses Niveau bieten können der Qualität, die OEMs benötigen.

Gibt es einen Nachteil beim 3D-Druck? Abgesehen von der Lernkurve für das Personal erzeugt der Prozess ein etwas grob strukturiertes Ergebnis, das eine fachmännische Nachbearbeitung erfordert. Nicht alle Unternehmen sind dafür gerüstet. Wie bereits erwähnt, verfügte Exothermic Moulding bereits vor dem Einstieg in den 3D-Bereich über eine hauseigene Endbearbeitung in Automobilqualität. Bei richtiger Vorgehensweise ist es nahezu unmöglich, im direkten Vergleich zwischen einem Formteil und einem Additivteil zu unterscheiden, wie Sie auf dem Foto unten sehen können.

Die Geschwindigkeit neuer Entwicklungen in dieser Technologie ist bemerkenswert. Bereits in der kurzen Zeit, seit wir unseren großformatigen 3D-Drucker gekauft und installiert haben, konnte der Hersteller die Geschwindigkeit der Maschine um den Faktor drei steigern.

Unternehmer müssen in ihre Unternehmen investieren, um mit der sich schnell verändernden Technologie Schritt zu halten. Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach diesen Dienstleistungen wird diese Investition zu einer schnellen Kapitalrendite führen. Darüber hinaus können für viele Investitionen Steuergutschriften für Forschung und Entwicklung gewährt werden. Und auch Unternehmer müssen in ihre Mitarbeiter investieren. Bei Exothermic haben wir eine eigene Betriebseinheit innerhalb des Unternehmens geschaffen, um den steigenden Anforderungen unserer Kunden an die additive Fertigung gerecht zu werden. Gemeinsam mit unseren Personalberatern haben wir einen Karriereweg für Berufseinsteiger geschaffen, auf dem sie sich über eine Reihe von Kompetenzstufen weiterentwickeln und weiterentwickeln können.

Am Ende ist zweifellos eine neue Dimension in der Fertigung angekommen.

Über den Autor

Paul K. Steck ist Präsident von Exothermic Moulding Inc., einem in der dritten Generation in Familienbesitz befindlichen Hersteller von Spezialkunststoffen in Kenilworth, New Jersey, der eine Vielzahl von Branchen bedient, darunter Gesundheitswesen, Laborwissenschaften und Verteidigung.

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