Wie Sie mit dem 3D-Druck beginnen können

Erfahren Sie, wie Sie den 3D-Druck in Ihren Fertigungsprozess einbinden können, und lernen Sie die wichtigsten Anwendungsfälle kennen.

Der weltweite 3D-Druckmarkt wächst mit einer jährlichen CAGR von 20%+ steil an und wird voraussichtlich im Jahr 2023 rund 31 Mrd. USD erreichen (gegenüber ca. 9 Mrd. USD in Europa). Experten weisen darauf hin, dass additive Fertigung wird zu den konventionellen Fertigungstechnologien aufschließen, wie z. B. CNC-Bearbeitung und Blechfertigung in den kommenden Jahren. 


Quelle: Marketsandmarkets

Die Gründe für dieses Wachstum liegen in den zahlreichen Vorteilen, die die additive Fertigung bietet.

Einführung in den 3D-Druck

Der 3D-Druck ist eine revolutionäre Technologie, die die Art und Weise, wie wir Produkte entwerfen, prototypisieren und herstellen, verändert hat. Bei diesem additiven Fertigungsverfahren wird aus einem digitalen Entwurf ein physisches Objekt erstellt, indem Materialien wie Kunststoffe, Metalle und Keramiken geschichtet werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen oft Material von einem größeren Block abgetragen wird, werden Objekte bei der additiven Fertigung Schicht für Schicht aufgebaut, was komplizierte Designs und weniger Materialabfall ermöglicht.

Die Geschichte des 3D-Drucks reicht bis in die 1980er Jahre zurück, als die ersten Stereolithografie-Maschinen (SLA) entwickelt wurden. Seitdem hat sich die Technologie erheblich weiterentwickelt und verschiedene 3D-Druckverfahren und -materialien hervorgebracht.

Heute ist der 3D-Druck in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Gesundheitswesen und der Konsumgüterindustrie weit verbreitet, wo er für die Herstellung von Prototypen, kundenspezifischen Teilen und sogar Endprodukten eingesetzt wird.

Diese fortschrittliche Technologie hat neue Möglichkeiten für Design und Fertigung eröffnet und ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der modernen Fertigungsindustrie geworden.

Den Druckprozess verstehen

Der 3D-Druck umfasst mehrere wichtige Schritte: Entwurf, Zuschnitt und Druck. Alles beginnt mit der Erstellung eines digitalen Modells mit Hilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design).

Dieses digitale Modell dient als Blaupause für das physische Objekt. Sobald der Entwurf fertig ist, wird das Modell in eine Slicing-Software importiert, die es in horizontale Schichten unterteilt. Das Slicer-Programm generiert eine Reihe von Befehlen, die den 3D-Drucker anweisen, jede Schicht zu erstellen.

Während des Druckvorgangs werden Materialien wie Kunststoffe, Metalle und Keramiken durch eine beheizte Düse extrudiert, die von einem Computer gesteuert wird.

Der Drucker trägt diese Materialien Schicht für Schicht auf und folgt dabei den von der Slicer-Software generierten Befehlen. Dieser schichtweise Ansatz ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien und Strukturen, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur schwer oder gar nicht zu realisieren wären. 

Die Vorteile des 3D-Drucks entlang der Wertschöpfungskette

Design und Technik

Weniger Einzelteile: Die Gestaltungsfreiheit ermöglicht die Integration mehrerer konventionell hergestellter

Höhere Anpassungsfähigkeit: Effiziente Kleinserienproduktion ermöglicht maßgeschneiderte Anwendungen für die Masse

Leichtere Teile: Schichtweise Produktion ermöglicht die Herstellung bionischer Leichtbauteile

Kürzere Markteinführungszeit: Die werkzeuglose Produktion erhöht die Geschwindigkeit der Designzyklen von Prototypen

Fertigung

Schnellerer Herstellungsprozess: Kurze Rüstzeiten in der Produktion, weniger Produktionsschritte, mehr Flexibilität mit besserem Lastausgleich und weniger teilespezifische Ausrüstungen erhöhen die Geschwindigkeit der Produktion

Höhere Materialproduktivität: Das Verfahren der schichtweisen Fertigung reduziert den Materialabfall bei komplexen Geometrien im Vergleich

Lieferantennetzwerk

Mehr lokale Produktion: Keine teilespezifischen Werkzeuge und weniger manuelle Produktionsschritte ermöglichen digitale Bestände mit verteilten On-Demand-Produktionsnetzwerken

Erhöhte Widerstandsfähigkeit der Lieferkette: Weniger Einzelteile und Fertigungsschritte verringern den Bedarf an komplexen und anfälligen Lieferketten

Zusätzliches Anpassungspotenzial in der Lieferkette: Kundenspezifische Massenteile erhöhen die Kundenzufriedenheit und bieten neue Einnahmequellen innerhalb einer bestimmten Lieferkette

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Die drei Hauptanwendungsbereiche des 3D-Drucks

1. Prototyping und Modellierung

Beschleunigung der Markteinführung von Innovationen.

Beispiele hierfür sind:

  • Design-Hackathons (z. B. Rapid Prototyping mit Drucken über Nacht und täglichen Design-Iterationen)
  • Prüfung neuer Konstruktionsmerkmale (z. B. Integration von Einzelteilen, topologieoptimierte Teile)
  • Lösung von Ad-hoc-Fertigungsproblemen (z. B. Geometrie)

Möchten Sie mehr über Rapid Prototyping erfahren? In diesem Leitfaden finden Sie einen ausführlichen Überblick.

2. Werkzeugbau

Geringere Einrichtungskosten für schnellere Werkzeuge für die Kleinserienproduktion

Beispiele hierfür sind:

  • Formen (z. B. mit Kühlkanälen unter der Oberfläche, kosteneffizient für kleine Chargen)
  • Werkzeuge für Montagelinien (z. B. kundenspezifische Greiferlösungen, Klemmen, Vorrichtungen)

3. Ersatzteile und Richtungsanfertigung

Verbesserung der Leistung und Beschaffung von Endverbrauchsteilen

Beispiele hierfür sind:

  • Hochleistungsteile (z. B. topologieoptimierte Halterungen in der Luft- und Raumfahrt)
  • Teile mit kundenspezifischer Oberflächentextur und -musterung (z. B. funktionale Griffe von Robotern)
  • Ersatzteile auf Anfrage (z. B. bewegliche Teile, dringender Bedarf, Produktion in abgelegenen Gebieten)

Kritische 3D-Druck-Anwendungsfälle

Anwendungsfall #1: Anwendung der additiven Fertigung auf Prototyping und Modellierung für bessere Produkte und kürzere Designzyklen

Die Herausforderungen bei der Einführung der additiven Fertigung sind vielfältig. Erstens muss mehr Wissen über die Konstruktion vorhanden sein, um die Funktionalität und Herstellbarkeit von Prototypen zu gewährleisten. Dann ist da noch die Zykluszeit. Schnelle Iterationszyklen sind erforderlich, um die Zeit von den ersten Entwürfen bis zur Markteinführung der Endprodukte zu verkürzen. Schließlich müssen die geeigneten Materialien und Technologien ausgewählt werden, um die Anforderungen zu erfüllen.

Wie MakerVerse hilft

  • Schnelles Design-Feedback: Kostenlose Beratung durch MakerVerse Experten und Unterstützung durch die digitale Plattform, um die Machbarkeit des Produktdesigns zu bestimmen
  • Schnelle Auftragsvergabe: Schnelle Fertigung mit kurzen Vorlaufzeiten durch MakerVerse's Netzwerk von über 700 Druckern in ganz Europa
  • Breites Materialangebot: Navigieren Sie durch MakerVerse's umfassende Portfolio mit über 25 Materialien und Technologien mit speziellen Entscheidungsbäumen

Anwendungsfall #2: Einsatz der additiven Fertigung zur Verbesserung des Designs und der Vorlaufzeit von Werkzeugteilen

Alle Unternehmen wollen die Geschwindigkeit erhöhen. Dies ist jedoch aufgrund von Hindernissen problematisch. Die größte Herausforderung sind die Investitionskosten, da die Werkzeuge aufgrund der Kleinserienproduktion auf verschiedenen Maschinen hohe Rüstkosten pro Einheit verursachen. Die Beschaffung der richtigen Teile ist riskant, da Werkzeuge viele Teile benötigen, die die Komplexität der Lieferkette und das Ausfallrisiko erhöhen.

Wie MakerVerse hilft

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  • Experten-Trost/Überprüfung: Integration von Einzelteilen in den Entwurf mit kostenloser fachlicher Beratung und der digitalen Plattform, die hilft, die Machbarkeit des Entwurfs zu bestimmen
  • Strenge Qualitätssicherung: Qualitätskontrolle von Zeiss Gewährleistung der Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit der Werkzeuge

Anwendungsfall #3: Implementierung der additiven Fertigung zur Herstellung kritischer Ersatzteile und zur schnellen Reduzierung des Lagerbestands


Die schnelle Beschaffung von Ersatzteilen bei gleichzeitiger Reduzierung des Lagerbestands trägt zur Verbesserung der Effizienz bei.

Die Herausforderung besteht darin, dass dringende Ersatzteile Maschinenkapazitäten in der Nähe des Einsatzortes erfordern, die möglicherweise nur manchmal verfügbar sind. Außerdem führen hohe Servicelevel-Ziele zu umfangreichen Lagerbeständen mit geringem Umschlag. Und schließlich erfordern seltene, nicht in Produktion befindliche Teile hohe Kosten für die Einrichtung von Werkzeugen und die Einrichtung der Lieferkette.

Wie MakerVerse hilft

  • Schnelle Auftragsvergabe: Schnelle Durchlaufzeiten durch MakerVerse's Netzwerk von mehr als 1000 Druckern und Maschinen auf der ganzen Welt zu realisieren
  • Zuverlässige Lieferkette: Verbessern Sie die Teileverfügbarkeit, indem Sie Teile digital auf MakerVerse speichern und sie bei Bedarf mit unserem zertifizierten Lieferantennetzwerk drucken
  • Breites Materialangebot: Finden Sie effiziente Lösungen für nicht mehr produzierte Teile, die durch das umfassende Portfolio an Materialien und Technologien von MakerVerse ermöglicht werden.