Bauteil Optimierung
Restriktionen sind unbeliebt, da wird mir jeder recht geben. Sie schränken einem in seinem Tun und kreativen Schaffen ein, und vermiesen einem im schlimmsten Fall sogar komplette Ideen und Entwürfe. Aber ist es gleichzeitig nicht paradox, dass trotz der vielen Möglichkeiten die das ‘heranwachsen lassen’ (3D-Druck) von Bauteilen bietet, bis jetzt nur ein paar wenige erkannt haben, was man mit dieser Technologie für geniale, neue Dinge herstellen kann?
Die Antwort: in viele Branchen und Betrieben wird die generative Fertigung schlichtweg ignoriert und als Spielerei abgetan. Warum? Weil Serienproduktion bis jetzt immer auch hohe Stückzahlen bedeutet, und kaum ein Unternehmen sich um Kleinserien bemüht, da hier oberflächlich betrachtet nicht genug Geld zu verdienen ist. Daher beginnt die Revolution derzeit bereits im Kleinen, dort wo die Losgrößen geringer sind, denn dort rechnen sich die konstruktiven Vorteile die sich durch den schichtweisen Aufbau ergeben in Relation zum fertigungsbedingten höheren Stückpreis.
Und plötzlich lassen sich statisch belastete Bauteile wesentlich leichter und schlanker herstellen, es können Schmier- oder Belüftungskanäle mit ‘eingebaut’ werden, und an Formschrägen und Wärmeverzug braucht man bei Kunststoff auch nicht mehr denken. Gerade in Branchen wie der Raumfahrt und Luftfahrtindustrie wo jedes Gramm Mehrgewicht in Euro wegen zusätzlichen Treibstoffverbrauch umgerechnet wird, scheint die generative Fertigung langsam Fuß zu fassen. Plug & Play funktioniert leider auch hier noch nicht fehlerfrei, also was sollte man grundsätzlich bei der Erstellung von Bauteilen im 3D-Drucker beachten?
Der Aufbau von generativen Bauteilen
Als erstes muss man verstehen, wie generative Fertigungsverfahren Geometrie in Daten umwandeln, um diese dann herstellen zu können. Alles beginnt mit einem 3D-Modell, am besten in einer Flächenmodelliersoftware erstellt. Mein Favorit hierfür ist SolidWorks, da mir als Designer viele Tools und Freiräume für komplexe Formen zur Verfügung stehen, die Daten aber gleichzeitig sehr einfach von Konstrukteuren und Fertigungs-Ingenieuren übernommen werden können. Ist das 3D-Modell erstmals erstellt, kommt es in eine weitere Software, den sogenannten Slicer. Dort wird es in zig gleich hohe Schichten zerlegt, wovon jede einzelne Schicht wiederum in Koordinaten und Bewegungen für den Druckprozess umgerechnet wird. Diese Schichten sind je nach Druckverfahren 0,05 bis zu mehreren Zentimetern dick (Betondrucker für den Hausbau arbeiten natürlich mit etwas gröberer Auflösung) und sind mitbestimmend für die spätere Oberflächenqualität.
Durch diesen schichtweisen Aufbau kam es übrigens auch zum Namen 3D-Drucker, da quasi wie beim Tintenstrahldrucker zweidimensional Farbe gedruckt wurde, beim 3D-Drucker wird selbiges Prinzip nur noch in die Höhe erweitert. Bisherige Fertigungsverfahren konnten immer nur Außenflächen abbilden, da entweder Material abgetragen oder in Formen gegossen wird. Durch den schichtweisen Aufbau ist es jetzt aber möglich, Schicht für Schicht Muster zu drucken, die dem Bauteil im Inneren spezielle Eigenschaften verleihen. So vermeidet man z.B. große Materialansammlungen im Bauteil (wie beispielsweise bei Frästeilen häufig) indem man Wabenstrukturen einbindet, die Kräfte genauso aufnehmen können, jedoch massiv Material und Gewicht sparen. Es können Wandstärken beliebig variieren, Gewinde gleich mit eingedruckt, und sogar Film-scharniere oder Federwirkungen realisiert werden. Allerdings gibt es trotz der großartigen Möglichkeiten auch hier ein paar Dinge, die es zu beachten gilt.
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