Welches Fertigungsverfahren soll ich für welches Bauteil verwenden?

Veröffentlicht von Tamara Tüchelmann am 08. Februar, 2018.

Wenn man Bauteile herstellen will fängt man meistens mit dem Designen eines CAD Modells an. Hier sind dem Konstrukteur absolut keine Grenzen gesetzt und es bieten sich unendliche Möglichkeiten Bauteile zu gestalten! Soll das Bauteil innen hohl sein oder doch gefüllt? Wie viele Bohrungen und Taschen hat es? Was sind die Ausmaße des Bauteils? Wie dick ist die Wandstärke des Bauteils?

All diese Fragen spielen im Design anfangs keinerlei Rolle. Das CAD Programm kennt hier keine Grenzen – die Umsetzung in der Realität leider schon! Dabei kommt es ganz auf das Material an, in dem das Bauteil gefertigt werden soll. Hier gibt es schon die ersten Limitationen, denn nicht jedes Fertigungsverfahren unterstützt jedes Material. Im Generellen werden Fertigungsverfahren in zwei Hauptgruppen untergliedert – der subtraktiven Fertigung und der additiven Fertigung.

Im folgenden werde ich die zwei Fertigungsmethoden etwas genauer beschreiben. Beginnen wird mit der subtraktiven Fertigung. Stellen wir uns hierfür vor, wir wollen eine einfache Obstschale herstellen.

Bei der subtraktiven Fertigung wird ein Block des Materials, in dem das Bauteil gefertigt werden soll,  durch das Abtragen von Material in die gewünschte Form gebracht. So kann durch das Zerspanen einen anfänglich viereckiger Metallblock zu einer kreisrunden Halbkugel geformt werden. Die Basis für unsere Obstschale. In einem weiteren Schritt kann nun mit Hilfe einer Fräse die Halbkugel ausgehöhlt werden, sodass wir sie auch mit unserem Obst befüllen können. Für einen sicheren Stand, kann in einem letzten Schritt noch die Unterseite der Halbkugel abgeflacht werden.

Natürlich ist dies lediglich ein äußerst primitives Beispiel und es gibt noch zahlreiche weitere Gestaltungsmöglichkeiten. So können ein Bauteil auch mit Gewinden, Bohrungen, Taschen und weiteren Eigenschaften versehen werden.
Insgesamt wird so ein großer Materialblock solange bearbeitet, bis aus diesem das fertige, im CAD Programm designte Bauteil gewerkelt ist.  Ein großer Vorteil der subtraktiven Fertigung ist die hohe Genauigkeit, besonders bei der Arbeit mit geringen Toleranzen. Außerdem ist das

Zerspanen bei großer Stückzahl sehr schnell.

Anders als bei den subtraktiven Verfahren entsteht das Werkstück in der additiven Fertigung durch das Schichtbauprinzip, d.h. Schritt für Schritt wird das Bauteil in Schichten aufgebaut.

Bei unserem einfachen Beispiel der Obstschale wächst mit jeder neuen Schicht zu ihrem endgültigen Bildnis an. In den meisten additiven Verfahren wird das Ausgangsmaterial (je nach Verfahren ein Pulver oder Filament) durch Erhitzen geschmolzen und in die neue Form gebracht und Schicht für Schicht aufgebaut.

In der addtiven Fertigung sind keine Bearbeitungswerkzeuge nötig. Dadurch lassen sich sehr komplexe Strukturen realisieren und es gibt kaum Designbeschränkungen. So können zu geringen Stückkosten und in angemessener Zeit sehr individuelle Prototypen und Kleinserien gefertigt werden. Aufgrund der schnellen Realisierbarkeit mit dem additiven Verfahren wird die Fertigung von Prototypen häufig als „Rapid Prototyping“, die Fertigung von Werkzeugen als „Rapid Tooling“ und die Fertigung von Endprodukten als „Rapid Manufacturing“ bezeichnet.

So ist die Frage des richtigen Fertigungsverfahren eine recht komplexe. Sie beginnt mit der Auswahl des gewünschten Materials und endet in der Komplexität des Bauteils.

In unserem Beispiel der Obstschale wäre es ein leichtes, den richtigen Fertigungsprozess zu finden, da das Bauteil mit jedem Verfahren hergestellt werden kann, sich die Kosten pro Bauteil jedoch je nach Verfahren beträchtlich unterscheiden würden.
Sobald man äußert komplexe Strukturen im inneren des Bauteils verwendet wie beispielsweise Hohlräume, um Gewicht zu sparen, wird man ein additives Fertigungsverfahren verwenden. Verwendet man jedoch ein einfaches Design und wenig komplexe Strukturen würde man ein subtraktives Verfahren wählen.

Außerdem ist die Anzahl der benötigten Einheiten eine wichtige Kennzahl. Da additive Verfahren bisher durch das Schichtbauprinzip langsamer in der Produktion als subtraktive Verfahren sind, ist die Losgröße ebenfalls entscheidend für das Verfahren und muss schon im Design des Bauteils berücksichtigt werden. So ist die Frage des richtigen Verfahrens immer wieder von neuem abhängig von dem Bauteil und kann nicht Verallgemeinert werden.

Tamara Tüchelmann
Tamara TüchelmannMarketing & Communications bei KREATIZE® GmbH.

By |2018-08-30T11:49:45+00:00Februar 8th, 2018|Additive Fertigung, Subtraktive Fertigung|