Additiv gerechte Konstruktion
Mit additiver Metallfertigung lässt sich weit mehr erzielen als der schnelle und unkomplizierte Druck von Prototypen. Die Anwendungen reichen von der Herstellung von Vorrichtungen und anderen Betriebsmitteln bis zur direkten Produktion von Bauteilen aller Art. Die Vorteile liegen klar auf der Hand:
- Innovative, bisher nicht herstellbare Bauteile werden umsetzbar
- Kurzfristige Verfügbarkeit und "on demand"-Fertigung lösen die Lagerhaltung ab
- Neue Einsatzmöglichkeiten durch Leichtbau und Funktionsintegration
- Bisher mehrteilige Baugruppen sind jetzt einteilig fertigbar
- Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch Hybridfertigung
- Hohe Umwelt-, Material und Ressourceneffizienz
Doch um die Vorteile voll ausschöpfen zu können, muss man die Grundzüge der additiv gerechten Konstruktion kennen und verstehen. Es gilt, das Bauteilvoumen so weit zu reduzieren, dass die Funktionen des Bauteils auch unter voller Belastung gewährleistet sind. Material steht nur dort, wo es zur Aufnahme und Verteilung auftretender Spannungen tatsächlich benötigt wird. Sofern dieser Grundsatz konsequent angewendet wird, ergibt sich eine Gewichtsreduzierung gegenüber einem konventionell gefertigten Bauteil fast von ganz allein. Material, das nicht verarbeitet werden muss, entlastet gleichzeitig auch die Produktionszeit und reduziert damit die Herstellkosten.
Weiteres Einsparpotenzial steckt in der Ausrichtung der Bauteile und der Lage auf der Bauplattform. Dabei gilt, dass Flächen die in flachem Winkel oder parallel zur horizontal ausgerichteten Bauplattform stehen, gestützt werden müssen (Abbildung 1).
Das bedeutet, dass im Baulauf mit dem Bauteil selbst Lage für Lage auch Stützstrukturen generiert werden, um die Überhänge in Position zu halten. Ein Verzicht auf die Stützstrukturen ist jedoch nur dann möglich, wenn die betre ffenden Flächen mindestens im 45-Grad-Winkel oder steiler zur Horizontalen der Bauplattform stehen. Das klingt kompliziert, ist aber prinzipiell ganz einfach, wie Abbildung 2 verdeutlicht.
Können Bauteile also von vorneherein so gestaltet werden, dass sie möglichst wenig Material verbrauchen und gleichzeitig wenig Nacharbeit benötigen, um die Stützen zu entfernen, dann sind sie schon dicht am Ideal der additiv gerechten Konstruktion. Auf die gleiche Weise können viele weitere Bauteile und Baugruppen umgesetzt werden.
Gerade Baugruppen benötigen bei konventioneller Fertigung oft umständliche und aufwändige Bearbeitungsschritte. Gelingt es die Baugruppe konstruktiv auf die additive Fertigung umzukonstruieren, sind auch hier deutliche Vorteile erzielbar. Aus vielen unterschiedlichen Einzelteilen, die viele diverse Arbeitsgänge erfordern, wird ein Einzelteil, das in einem einzigen Prozess hergestellt werden kann.
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April 2021