3D-Druck

Lernen additiv zu konstruieren

Drastische Gewichtseinsparungen möglich – die Additive Fertigung bietet dem Konstrukteur völlig neue Möglichkeiten, wie Wolfgang Kochan, General Manager Stratasys DACH-Region, im Gespräch mit Hajo Stotz erläutert. Weitere Themen: die Bedeutung des Materials, der deutsche Markt und warum der F123 speziell für Konstrukteure und Büros geeignet ist.

02. Oktober 2018
Wolfgang Kochan (rechts), Stratasys, im Gespräch mit Hajo Stotz: »Gerade für Konstrukteure ist es extrem wichtig, zu lernen, wie man für die Additive Fertigung konstruiert. Unter dem Leichtbau-Aspekt eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten.« (Bild: © Stotz)

Herr Kochan, Sie sind seit zwei Jahren bei Stratasys Deutschland und damals aus der 2D- in die 3D-Welt gewechselt. War das eine große Umstellung?

Das stimmt, ich komme aus der 2D-Welt – Zeitschriftendruck, Buchdruck, Offsetdruck, Rollendruck, Zeitungsdruck. Das war keine große Umstellung – im Drucksektor löst die digitale Drucktechnik zunehmend die alte Technologie ab. Die Druckindustrie befindet sich seit einigen Jahren im Wandel von der konventionellen Drucktechnik zur digitalen Drucktechnik.

Beim 3D-Druck ist das genauso. Eine neue Technologie bedrängt die alte die allerdings noch einige Zeit Berechtigung haben wird. Durch 3D-Druck sind die Fertigungsmethoden vielfältiger geworden. Neue und alte Technologien sind verfügbar.

Stratasys wurde vor 30 Jahren gegründet und ist Marktführer im Bereich 3D-Druck – können Sie uns ein wenig zum Hintergrund sagen?

Die heutige Stratasys ist 2012 aus der Fusion von Stratasys USA und Objet in Israel entstanden. Stratasys USA wurde 1989 von Scott Crump gegründet, der das FDM-Verfahren, also die thermoplastische Kunststoffdrucktechnologie, erfunden hat. Objet hat die PolyJet-Technologie auf Basis der Inkjet-Technologie erfunden.

Was ist der Unterschied zwischen den beiden Verfahren?

PolyJet ist eine leistungsstarke 3D-Drucktechnologie, mit der glatte, präzise Bauteile, Prototypen und Produktionshilfsmittel hergestellt werden können. Dank einer sehr feinen Schichtauflösung können filigrane und komplexe Geometrien hergestellt werden. Der PolyJet-3D-Druck funktioniert ähnlich wie der Tintenstrahldruck. Statt Tintentropfen auf Papier zu sprühen, drucken PolyJet-3D-Drucker Schichten aus vernetzbarem, flüssigem Fotopolymer auf eine Bauplattform. Die FDM-Technologie mit hochwertigen thermoplastischen Kunststoffen ist die beste 3D-Drucktechnologie für die Herstellung robuster, langlebiger und formstabiler Bauelemente mit perfekter Präzision und Reproduzierbarkeit. 3D-Drucker mit FDM-Technologie erstellen Bauteile schichtweise von unten nach oben aus Thermoplast-Filament, das erwärmt und extrudiert wird.

Wie sieht es mit faserverstärkten Kunststoffen aus?

Stratasys hat seit Kurzem mit dem FDM Nylon 12CF ein Material im Angebot, das mit Karbonfasern verstärkt ist und eine unglaubliche Festigkeit erzielt. Es ist so robust, dass es den Einsatz von Metall häufig überflüssig machen kann und sich damit für die Herstellung fertiger Produktionsteile eignet.

Was sind – neben dem Material – weitere Treiber für den 3D-Druck?

Die drei wesentlichen Treiber in der Technologie sind Geschwindigkeit, Bauraumgröße und die Einbindung in die Produktionssysteme. Die Anlagen werden schneller, um auch größere Serien drucken zu können. Außerdem müssen sie zukünftig auch noch größere Teile herstellen können. Wir haben sehr viele verschiedene Kunststoffe im Angebot, wobei das große Materialangebot ständig erweitert wird.

Welche Rolle spielt das Material für den Markterfolg?

Die Materialthematik ist für den Erfolg enorm wichtig. Wir entwickeln ständig neue Materialien, um die steigenden Marktanforderungen zu erfüllen.

Stratasys hat ja kürzlich auch einen Metalldrucker angekündigt, doch mit weiteren Informationen hinter dem Berg gehalten. Können Sie uns mehr dazu sagen?

Dazu kann ich zum jetzigen Zeitpunkt nicht mehr sagen. Unser Ziel ist es, auch in der additiven Fertigung mit Metallen, wie auch bereits bei Kunststoffen, eine marktführende Position zu erreichen.

Wird sich AM im metallischen Bereich damit zu einem ernsthaften Wettbewerb zu abtragenden Methoden entwickeln?

Neue Entwicklungen werden die abtragenden Verfahren immer besser ergänzen. Doch wie zu Beginn schon gesagt, wird niemand die konventionelle Technik von heute auf morgen abschalten. Derzeit etabliert sich das Additive Manufacturing vor allem als ergänzendes Verfahren. Wenn es um schnelle, kurzfristige Auftragserfüllung geht bzw. die Stückzahlen nicht so groß sind, dann wird zunehmend die Additive Fertigung eine Rolle spielen.

Für die Fertigung von mittleren oder großen Serien ist aber die Technologie noch zu langsam?

Bei mittleren Serien ist heute schon häufig eine Wirtschaftlichkeit gegeben. Dies hängt aber auch stark von den Geometrien der Bauteile ab.

Also kommt der Trend zur Individualisierung dem AM-Verfahren entgegen?

Eindeutig. Zum einen lassen sich kleine und mittlere Serien mit 3D-Druck heute problemlos herstellen, zum anderen erfordern individuelle Varianten jeweils Prototypen. Die Zunahme der Produktvarianten ist häufig nur mithilfe von AM wirtschaftlich herzustellen. So bietet BMW seinen Kunden beim Mini sogar individuelles Interieur und Rücklichter in einem wunschgerechten Design an.

Rücklichter bestehen doch meist aus mehreren Farbtönen – können die in einem gedruckt werden?

Wir haben hier eine komplette Rückleuchte mit verschiedenen Farben. Diese wird in einem einzigen Druckvorgang erstellt, nachbearbeitet und anschließend poliert. Der Prototyp sieht aus wie das Endprodukt. Wenn die Entscheidungsträger heutzutage die verschiedenen Design-Entwürfe begutachten, möchten sie die Originalfarben sehen können und sich die Farben dazu nicht vorstellen müssen.

Welche Bedeutung hat der deutsche Markt für Stratasys?

Der deutsche Markt ist für Stratasys weltweit der zweitgrößte hinter den USA, und damit für uns sogar derzeit größer als der chinesische Markt.

Uns ist natürlich klar, dass das nicht von Dauer sein kann. Der chinesische Markt ist einfach viel größer als unserer und wächst schneller. Derzeit sind die USA, Deutschland, England, Frankreich, Italien, Japan unsere Key-Märkte, da hier auch die Innovationsbereitschaft sehr groß ist.

Welche Branchen sind in Deutschland die wichtigsten?

An vorderster Stelle natürlich die Automobilindustrie, gefolgt von der Luftfahrtindustrie, Schienenindustrie, Maschinenbau und der Healthcare-Industrie.

Vor allem in der Healthcare-Industrie öffnet der 3D-Druck derzeit völlig neue Möglichkeiten: zum Beispiel operationsunterstützende Modelle, bei denen der Arzt vor einer OP ein Modell druckt, um sich die Anatomie des Patienten an der zu operierenden Stelle plastisch anschauen und die OP vorab planen zu können. Hierdurch können Operationszeiten drastisch verkürzt und Komplikationen reduziert werden. Jede Branche hat spezielle Anforderungen an unsere Maschinen und das Material.

Aber der Endverbrauchermarkt ist weiterhin nicht in Ihrem Fokus?

Nein, wir konzentrieren uns auf den B2B-Bereich.

Was beutet die Additive Fertigung für den Konstrukteur?

Gerade für Konstrukteure ist es extrem wichtig zu lernen, wie man für die Additive Fertigung konstruiert. Außerdem muss das Verständnis vorhanden sein, dass sich vor allem unter dem Leichtbau-Aspekt ganz neue Möglichkeiten eröffnen. So ermöglichen bionische Strukturen bei verbesserter Steifigkeit eine drastische Gewichtsersparnis. Weiterhin kann der Konstrukteur Produkte deutlich schneller bauen: Es gibt keine Schweißnaht, Verschraubungen oder Verkleben. Das bietet völlig neue Konstruktionsansätze.

»3D-Druck bietet dem Konstrukteur ganz neue Ansätze.«

— Wolfgang Kochan, Stratasys Deutschland

Wie groß ist denn das Interesse seitens der Konstrukteure an dem Thema?

Seitens der Konstrukteure besteht ein enormes Interesse an dem Thema.

Auch an den Universitäten und Hochschulen bemerken wir einen Wandel in der Ausbildung – hier ist das Thema bereits sehr gut angekommen.

Speziell für Konstruktions- und Designbüros wurde letztes Jahr der F123-Drucker auf den Markt gebracht. Warum ist er für diese Zielgruppe besonders geeignet?

Die F123-Serie ist ein absoluter Bürodrucker. Der Drucker ist nicht lauter als ein Papierdrucker und hat extrem geringe Emissionen – viel weniger als ein häufig benutzter 2D-Bürodrucker.

Der große Vorteil der F123-Serie ist zudem die einfache Bedienung, sodass der Konstrukteur seinen Entwurf sofort ausprobieren kann. Außerdem kann er ein Bauteil erstellen und dieses direkt zusammen mit der Fertigung analysieren. In gezielten Studien konnten wir feststellen, dass für den Einsatz von 3D-Druck in kleinen Firmen und Entwicklungsbüros der Preis sowie der komplexe Prozess, mit gewissen Fachkenntnissen für das Bedienen der Maschinen, die größten Hindernisse darstellen. Mit der neuen F123-Reihe konnten wir das ändern – der Anwender muss nicht mehr über mehrere Schnittstellen und Schritte gehen, sondern kann CAD-Daten direkt übernehmen.

Muss der Anwender eine spezielle Ausbildung haben?

Nicht mehr als bei einem Papierdrucker. Der Materialwechsel ist beispielsweise nur ein Handgriff. Die Kartusche wird entnommen und die neue eingesetzt, den Rest übernimmt der Drucker. Er erkennt, welches Material eingefügt wurde und welche Temperatur eingestellt werden muss. Besonders bei ABS muss beispielsweise der Bauraum vorgeheizt werden. Die F123 kalibriert sich außerdem komplett automatisch.

Die F123-Baureihe gibt es in drei Modellen. Wo liegt der Unterschied?

Der Hauptunterschied ist die Bauraumgröße. Die F170 bietet einen Bauraum von 254 x 254 x 254 mm, die F270 305 x 254 x 305 mm. Die F370, die größte aus dieser Serie, bietet 355 x 254 x 355 mm. Die F370 bietet außerdem Platz für jeweils zwei Material- und zwei Stützmaterialkartuschen, die kleinen Modelle für jeweils eine Kartusche.

Die Reihe wurde vor über 12 Monaten eingeführt – wie ist die Resonanz der Kunden?

Der Verkauf läuft hervorragend. Da sind wir mehr als zufrieden. Besonders gut verkauft sich die F370, gefolgt von der F170. hjs

Erschienen in Ausgabe: Nr. 07/2018