Wie lässt sich der 3D-Druck in Serie einsetzen?

Der 3D-Druck verändert die Produktionsbranche. Längst wird er nicht mehr nur für Prototypen genutzt. Eine gedruckte Serienfertigung setzt sich unter anderem in Medizintechnik (Hörgeräte), Luft- und Raumfahrt (Kraftstoffdüsen) oder Konsumgütern (Sportschuhe) durch. Die Zahl der Anwendungen wächst, und immer mehr Entwickler fragen sich: Was könnten auch wir in Serie drucken?

Dazu zeigt sich in der Praxis eine klare Tendenz. So wird der 3D-Druck zwar wohl nicht den Spritzguss oder die CNC-Bearbeitung ersetzen. Die additive Fertigung kann traditionelle Technologien allerdings sinnvoll ergänzen. Der 3D-Druck ist eine hervorragende Option, wenn Agilität, Anpassbarkeit oder geometrische Freiheiten wichtig sind.

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Wir analysieren nachfolgend konkrete Vorteile, die sich für Ingenieure und Unternehmen mit der Anwendung gedruckter Serien ergeben können. Die positiven Effekte des 3D-Drucks lassen sich dabei auch noch steigern. Nämlich dann, wenn Firmen ihre Produktentwicklung mit modernsten Beschaffungsmethoden kombinieren. Diese Möglichkeit bieten wir auf unserer Produktionsplattform Xometry an. Hier laden Entwickler ihre CAD-Dateien hoch und wählen Material, Druckverfahren und Menge. Die Plattform vergibt dann KI-gesteuert den Auftrag an einen passenden Fertiger. Keine Lieferantensuche, keine langen Anfragen, keine Verzögerungen. Das ist ideal für den Einstieg in den 3D-Druck. Aber auch später verbinden moderne Ingenieure auf diese Weise eine schnelle Entwicklung mit Tempo in der Umsetzung. Und sichern sich so Geschwindigkeit, Flexibilität und Kosteneffizienz.

Es gibt viele gute Gründe, Bauteile in Serie zu drucken. Einige Standardsituationen im Entwickleralltag, bei denen sich additive Verfahren anbieten:

• Der Spritzguss lässt sich nicht mit dem vorhandenen Budget oder mit der Stückzahl rechtfertigen.
• Funktionierende Teile für eine Endanwendung werden in weniger als zehn Tagen benötigt.
• Ein Entwurf ist immer noch in der Entwicklung. Es werden daher serielle Maßanfertigungen angeboten.
• Die Bauteile enthalten komplexe Elemente wie Gittermuster, Hinterschneidungen oder innenliegende Kanäle.
• Scharniere, Gelenke oder Schnappverschlüsse können direkt in das Bauteil integrieren werden.
• Die Lagerhaltungskosten sollen durch eine bedarfsgerechte Produktion sinken.

Die konkrete Vorteile durch die Anwendung gedruckter Serien unterscheiden sich je nach Branche und Anwendungsfall. Auch erfordert der Übergang vom Prototypenbau zur Serienfertigung ein spezielles Design und Anpassungen am Verfahren. Grundsätzlich gilt: 3D-Druck bringt Tempo und Flexibilität in die Prozesse. Allerdings sind die unterschiedlichen Technologien nicht für jeden Anwendungsfall gleich geeignet. Einen Überblick der verschiedenen additiven Verfahren und ihrer Anwendungsbereiche gibt es hier.

Schnelle Prototypen ermöglichen eine schnellere Entwicklung

Ganz egal, ob es um Innovationen oder um die Verfeinerung bestehender Produkte geht: Weniger Vorlaufzeit bedeutet eine schnellere Markteinführung. Der 3D-Druck vermindert selbst die Vorlaufzeiten für Pilotdurchläufe oder überbrückende Produktion.

Bei Stückzahlen bis zu tausend Einheiten kann der Druck die Entwicklungszeit drastisch verkürzen. So ist die Vorlaufzeit beim Spritzguss üblicherweise vier bis acht Wochen. Bei der CNC-Bearbeitung muss man immer noch mit bis zu drei Wochen rechnen. Im gedruckten MJF-Verfahren jedoch sind die Teile innerhalb einer Woche verfügbar – weil hier kein Werkzeugbau nötig ist.

Damit können unter anderem funktionierende Teile für Vorführungen, Pilotversuche oder Messen rasch realisiert werden. Auch ein Vorverkauf von Kleinserien noch während der Entwicklung der Werkzeuge ist möglich.

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Flexibilität in der Konstruktion ohne Werkzeugeinschränkungen

Beim 3D-Druck fehlen Einschränkungen, die mit dem Werkzeugbau verbunden sind. Plötzlich sind komplexe Geometrien möglich wie Hinterschneidungen und innenliegenden Kanälen für Luftströme, Kühlung oder Flüssigkeitstransport. So werden in der Luft- und Raumfahrt oder der Elektronik Kühlkanäle in das Werkstück gedruckt, die das Wärmemanagement deutlich verbessern.

Auch Gitterstrukturen reduzieren das Gewicht eines Bauteils unter Beibehaltung der strukturellen Integrität. Das ist insbesondere im Fahrzeugbau oder für medizinische Anwendungen wichtig, in denen das Verhältnis von Leistung zu Gewicht entscheidend ist. Gedruckte Gitterstrukturen werden in Sporthelmen oder Einlegesohlen zur Absorption von Energie oder zur Polsterung verwendet.

Ebenso sind komplexe und organische Formen wie Freiform- oder topologieoptimierte Geometrien möglich, die sich CNC oder Guss kaum fertigen lassen. So lässt sich in der Entwicklung die Performance noch vor der Machbarkeit beachten.

Integrierte Baugruppen wie Schnappverschlüsse

Der 3D-Druck erlaubt die Produktion voll funktionsfähiger, mehrteiliger Baugruppen in einem einzigen Vorgang. So entfallen Befestigungselemente, Klebstoffe oder manuelle Montageschritte. Integriert weren können etwa Schnappverschlüsse aus flexiblen Materialien wie PA12, PA11 oder TPU. Ideal ist dies für Abdeckungen oder Gehäuse, die häufig geöffnet oder ausgetauscht werden. Lebende Scharniere können aus duktilen Thermoplasten wie polypropylenartigen Harzen oder flexiblem Nylon als Klappen oder Deckel in das Teil integriert gedruckt werden. Das ist sinnvoll bei Verpackungen, Behältern oder Zugangsklappen.

Einfache Änderungen am Entwurf

Die Kosten für Änderungen im Spritzguss liegen schnell im vierstelligen Bereich und dauern bis zu drei Wochen. Im 3D-Druck sind Veränderungen mit dem Speichern der CAD-Datei abgeschlossen. Besonders wertvoll ist das zum Beispiel bei der Herstellung von Konsumgütern mit einem sich entwickelnden Design. Schnelle Iterationen führen hier zu mehr Benutzerfreundlichkeit und schnellerer Markteinführung. Dies bewährt sich auch bei der Herstellung von kundenspezifisch angepassten Teilen wie Wearables, Medizingeräten oder Gehäusen für Elektrogeräte.

Beim seriellen 3D-Druck wird zudem die Versionskontrolle und eine agile Produktentwicklung realistisch. Statt monatelang das gleiche Teil in Serie zu fertigen, überarbeiten Entwickler ihren Entwurf alle 200 bis 300 Einheiten unter Einbeziehung von eingeholtem Feedback.

Reduzierte Lagerkosten durch On-Demand-Fertigung

Im 3D-Druck wird nur das gefertigt, was tatsächlich gebraucht wird. Damit entfallen hohe Lagerkosten, wie sie in traditionellen Fertigungsverfahren üblich sind.

Der Spritzguss ist nur bei Stückzahlen über 10.000 Einheiten wirklich ökonomisch sinnvoll, was aber häufig zu einer Überproduktion führt. Im Gegensatz dazu unterstützt der 3D-Druck eine verteilte Just-in-Time-Fertigung.

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