Steffen Ritter: «Es gibt Nischenbereiche, in denen tatsächlich «kleine Revolutionen» stattfinden.»

Ausgabe 08 | 2021

Was kann der 3D-Druck wirklich?

Schweizerische Normen-Vereinigung (SNV)

Dem 3D-Druck wird eine grosse Zukunft vorhergesagt. Was aber tatsächlich im Bereich des Realistischen liegt, weiss Steffen Ritter. In einem Seminar, das die Schweizerische Normen-Vereinigung (SNV) anbietet, schafft er Ordnung im Dschungel der 20 gängigsten Verfahren und vermittelt fachliches Know-how für Profis und Interessierte.

Herr Ritter, wen sprechen Sie mit dem SNV-Seminar «Einführung in die Additive Fertigung / in den 3D-Druck» an?
Ein breites, am Thema interessiertes Publikum. Fachleute und Interessierte, die einen Überblick erhalten und dafür spezifisches Fachwissen erwerben möchten. Wer sich mehr mit 3D-Druck und speziell mit dem Schwerpunkt der industriellen additiven Fertigung intensiver auseinandersetzen möchte, kann das in diesem Seminar. Die Möglichkeiten sind vielfältig, denn es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen additiven Verfahren. Je nach Absicht eignet sich das eine oder andere besser. Um sich in diesem «Dschungel» zurecht zu finden, braucht es bestimmte Kenntnisse.

Diesen «Dschungel» nennen andere eine Revolution. Inwiefern revolutioniert der 3D-Druck die Welt?
Es gibt Nischenbereiche, in denen tatsächlich «kleine Revolutionen» stattfinden. Beispielsweise in der Reifenfertigung, im medizinischen oder zahnmedizinischen Bereich. Ansonsten würde ich nicht von einer eigentlichen Industrie-Revolution reden. Meiner Meinung nach ist der 3D-Druck eine Fertigungsmethode, die herkömmliche Fertigungsmethoden ergänzt.

Warum ist dieses aufbauende Verfahren gerade in den erwähnten Bereichen erfolgreich?
In der Medizin geht es um Objekte wie Zahnfüllungen, Knochenersatz und anderes. Das sind immer individuell angepasste, hochwertige Einzelstücke, die mit diesem Verfahren teilweise noch während der Behandlung angefertigt werden können. Bei der Reifenfertigung erlaubt der 3D-Druck, Profilformen herzustellen, die mit herkömmlichen Werkzeugen nicht produziert werden können.

Worin unterscheidet sich denn die Fertigung in Anbetracht der doch sehr unterschiedlichen Materialien?
Entscheidend ist die Frage, was man am Ende für ein Produkt haben möchte. Je nachdem müssen Ausgangsmaterial und Verfahren gewählt werden. Ein Beispiel: Kunststoff plastifiziert bei 280°, Wachs hingegen, mit dem beispielsweise Goldschmiede Modelle herstellen können, hat einen sehr tiefen Schmelzpunkt. Metall schmilzt erst bei sehr hohen Temperaturen. Entsprechend unterschiedlich sind die Anforderungen an den Drucker. Die einen arbeiten mit Infrarotquellen oder Lasertechnik. Andere bauen die dreidimensionale Struktur mit lokal aufgetragenen Bindemitteln oder mit drahtförmigem Kunststoff oder Metall auf. Folglich sind auch die Ausgangsmaterialien entweder fest, flüssig oder pulverförmig.

Dann gibt es ihn also nicht, «den» einen 3D-Drucker?
3D-Drucker gibt es ganz verschiedene. Drucker müssen in der Lage sein, das gewünschte Endprodukt in der benötigten Qualität zu produzieren. Hobbygeräte für den Polymer-Filamentdruck, die sehr ordentliche Qualitäten liefern, erhält man beispielsweise schon ab 1000 Schweizer Franken. Hingegen kann ein Drucker für die industrielle Fertigung, beispielsweise von präzisen Metallstrukturen, schnell mal eine halbe Million Schweizer Franken kosten.

Was ist bei der additiven Fertigung grundlegend anders als bei herkömmlichen Fertigungsmethoden?
Meist redet man nur von der Kernphase, dem Druck an sich. Vorgängig gibt es aber die Entwicklungsphase. In dieser wird das Produkt als dreidimensionales Datenmodell konstruiert. Das muss in ein Format umgewandelt werden, das der 3D-Drucker versteht.
Wichtig ist bei der Konstruktion, dass die spezifischen Möglichkeiten und Anforderungen für den 3D-Druck berücksichtigt werden. Denn dreidimensionale Teile sind in der Phase des Drucks plastisch und müssen entsprechend auf einem Boden aufgebaut und gestützt werden. Das braucht bereits in der Konstruktionsphase ein spezifisches 3D-Druck-Know-how und hat Folgen für die Nachbearbeitung des Objekts.

An welche Folgen denken Sie da?
Die erwähnten Stützen müssen abgetragen und das Objekt muss gereinigt werden. Gerade bei Produkten, die im medizinischen Bereich verwendet werden, ist die Reinigung extrem wichtig. Das kann je nachdem sehr aufwändig sein. Je präziser das Produkt geformt sein muss, desto feiner ist das verwendete Ausgangsmaterial, beispielsweise das Metallpulver.
Dieses bewegt sich in der Grösse von Micropartikeln. Sind diese weniger als 10 Micrometer gross, gelten sie als Feinstaub, der bekanntlich gesundheitsgefährdend ist. Mit anderen Worten: Da geht es zusätzlich um Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz. Folglich sind zusätzliche Belüftungs- und Filteranlagen oder Schleusen erforderlich. Es ist also wichtig, bei einem grossen Projekt bereits am Anfang auch an die Nachbearbeitung zu denken.

Welche Zukunft geben sie dem 3D-Druck?
Mal vom aktuellen Hype abgesehen ist der 3D-Druck ein Verfahren, das bisherige Produktionsmethoden sinnvoll ergänzt und erweitert.
Einige Nischenbereiche können davon stark profitieren. Der additiven Fertigung wird daher ein starkes Wachstum vorhergesagt. Die Prognosen müssen aber auch in Relation zu anderen Fertigungsverfahren gestellt werden, die bereits heute grössere Volumina erzeugen und deren Umsatz wohl so bleiben wird.

Bei welcher Anwendung sind Sie eigentlich zum erstem Mal der additiven Fertigung begegnet, und wann war das?
Das begann Anfang der 1990er-Jahre. Ende der 90er-Jahre war für mich diese Fertigungsmethode für den Modell- und Prototypenbau bereits selbstverständlich. Es ist einfach wichtig, dass man von der virtuellen CAD-Zeichnung zu einem dreidimensionalen Objekt in einer anfassbaren Grösse kommt. So kann man etwas in den Händen halten, ausprobieren, ob es passt oder funktioniert. Mit dem 3D-Drucker hat man die Möglichkeit, schneller und kostengünstiger solche Prototypen herzustellen. Noch heute macht diese Anwendung 55 bis 75 Prozent der gesamten additiven Fertigung aus.

Herr Ritter, vielen Dank für das Gespräch.

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Additive Fertigung: Sechs Haupt-Anwendungsbereiche
1. Rapid Prototyping, für die schnelle Produktion von Prototypen
2. Schaumodelle
3. Wirtschaftliche Fertigung von Kleinserien
4. Individualisierung
5. Konstruktionsfreiheit und Funktionalisierung
6. In Situ-Fertigung (Fertigung vor Ort, beispielsweise im medizinischen Bereich)
Sammeln Sie erste Erfahrungen mit einem 3D-Druck-Dienstleister. So merken Sie, was für Sie sinnvolle Anwendungen sein könnten. Wenn Sie einen Drucker kaufen, beginnen Sie mit einem aus dem Low-Cost-Bereich. Es ist wichtig, praktische Erfahrungen zu sammeln. Das führt zu einer konkreteren Vorstellung davon, was machbar ist. Das wiederum bildet eine gute Voraussetzung, um den 3D-Druck erfolgreich einsetzen zu können.

Additive Manufacturing in der Normung
Die Normung ist bei der additiven Fertigung ein grosses Thema. Das Spiegelkomitee «SWISSMEM/NK 1261, Rapid Prototyping and Rapid Manufacturing» ist in die internationale Entwicklung folgender Normen involviert: «CEN/TC 438 Additive Manufacturing», «ISO/TC 261 Additive Manufacturing» sowie durch die Zusammenarbeit von ISO und ASTAM indirekt auch in ASTAM F42. Die drei Komitees arbeiten zusammen und übernehmen die Normen gegenseitig mit dem Ziel, möglichst weltweit gültige Normen für den Bereich des «Additive Manufacturing» zu erarbeiten.

Termine

Oktober

EMO, Mailand

Weltleitmesse der Metallbearbeitung und internationaler Branchentreff
4. bis 9. Oktober
www.emo-milano.com

parts2clean, Stuttgart

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung
5. bis 7. Oktober
www.parts2clean.de

MOTEK, Stuttgart

Internationale Fachmesse für Montage- und Handhabungstechnik
5. bis 8. Oktober
www.motek-messe.de

Bondexpo, Stuttgart

Fachmesse für industrielle Klebetechnologie
5. bis 8. Oktober
www.bondexpo-messe.de

Fakuma, Friedrichshafen

Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung
12. bis 16. Oktober
www.fakuma-messe.de