Rapid.Tech – geballte Kompetenz für Additive Manufacturing

Bei ihrer 11. Auflage am 14. und 15. Mai 2014 baute die Erfurter Rapid.Tech ihre Stellung als einer der international führenden Treffpunkte für generative Fertigung weiter aus. Rund 3.500 Besucher aus 20 Ländern informierten sich während der beiden Tage über die neuesten Entwicklungen, Trends und Anwendungen. Gelegenheit dazu boten nicht nur über 78 Aussteller, sondern auch 60 Vorträge renommierter Referenten aus Wissenschaft, Forschung und Industrie. Sie machten deutlich: Additive Fertigung ist eine Schlüsseltechnologie der nächsten industriellen Revolution – und in einigen Branchen hat diese bereits begonnen. Nahezu zeitgleich fand vom 15. bis 17. Mai die zweite Fab.Con 3D statt, Deutschlands einzige professionelle Publikumsmesse für 3D-Druck.

Seit 2004 ermöglicht die Rapid.Tech in Erfurt Insidern und Neueinsteigern, Forschern und Anwendern sowie Anbietern von Maschinen und Materialien für Additive Manufacturing einen intensiven, praxisnahen und branchenübergreifenden Wissensaustausch. Mit Anwendertagung, Konstrukteurstag, den Fachforen Luftfahrt, Medizintechnik sowie CAD/CAM und Rapid Prototyping in der Zahntechnik bot die diesjährige Veranstaltung ein Tagungsangebot zu AM, das in dieser Art einzigartig ist.

AM beeinflusst zukünftige Fertigung nachhaltig

Den Schritt von der Rapid Prototyping Technologie in die Serienfertigung vollziehen generative Fertigungsverfahren inzwischen in mehr und mehr Branchen. Dr. Olaf Rehme, Engineering, Siemens AG, präsentierte in seinem Keynote-Vortrag Beispiele über den heute schon umgesetzten industriellen Einsatz und stellte fest, die Prozesskette des Additive Manufacturing ist know-how-intensiv. Im Weiteren thematisierte er die Chancen und Herausforderungen. Als notwendige Weiterentwicklungen nannte Rehme unter anderem Werkstoffe, Gestaltungsregeln für die Bauteile, das Verhältnis von Produktivität und Kosten sowie Prozessmonitoring und Qualitätskontrolle. Abschließend zeigte er mit den Worten, dass Produkte zukünftig eher in Datenbanken als in Lagern liegen könnten, eine der Perspektiven auf. „Additive Manufacturing – A Game Changer for the Manufacturing Industry?“ – diese Frage beantwortete der zweite Keynote-Speaker, Dr.-Ing. Bernhard Langefeld, Roland Berger Strategy Consultants. Basierend auf den Ergebnissen einer aktuellen Studie zeigte er auf, dass sich aufgrund der fortschreitenden Entwicklung von AM zum Verfahren für die Serienfertigung eine neue Wertschöpfungskette für Material, Entwicklung und Lohnfertigung etabliert hat. Beim Gesamtmarktvolumen, das 2012 bei rund 1,7 Milliarden Euro lag, wird in den nächsten zehn Jahren mit einer Vervierfachung gerechnet. Dieses prognostizierte Wachstum beinhaltet auch den vermehrten Einsatz von additiv gefertigten High-Tech-Komponenten aus Metall. Als Gründe führte Langefeld unter anderem die zu erwartenden höheren Bauraten beispielsweise durch den Einsatz mehrerer und stärkerer Laser sowie optimierte Strahlführungen und Kostensenkungen bei Metallpulvern an. Dies in Kombination mit der Flexibilität und den weiteren Vorteilen generativer Fertigungsverfahren macht AM zu einer Schlüsseltechnologie für die Herstellung leistungsfähigerer Bauteile, für die Verkürzung von Entwicklungsprozessen, Flexibilisierung der Fertigung und Realisierung von Industrie 4.0. Die folgenden beiden Keynote-Vorträge beschäftigten sich mit innovativen Lösungen für AM. So stellte Dr.-Ing. Oliver Keßling mit dem ARBURG Kunststoff-Freeformer (AKF) ein neues industrielles Verfahren für die additive Fertigung vor. Es lassen sich damit komplexeste Bauteile aus Serienkunststoffen herstellen. Über die Lasertec 65 AM, eine innovative Möglichkeit zur additiven Fertigung in Fertigteilqualität informierte Friedemann Lell, Sauer GmbH/DMG Mori Seiki. In diese weltweit erste Hybridlösung wurden eine vollwertige 5-Achs-Fräsmaschine und das generative Laseraufbauverfahren integriert.

Anwendertagung – neue Technologien

Durch den wachsenden Einsatz von AM in der Serienproduktion wächst auch die Auswahl an Verfahren, Prozessen und Maschinen. Die diesjährige Anwendertagung bot in 13 Vorträgen dazu einen detaillierten Überblick. So stellte Vasyl Kashevko, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF, Technische Universität Berlin, einen neu entwickelten Test zur Untersuchung von Designgrenzen generativer Fertigungsverfahren vor. Er ermöglicht es, bei der Verwendung neuer Werkstoffe die Skalierungsoptionen und Fertigungsgrenzen verschiedener Konstruktionsmerkmale mit den im Selektiven Laser Melting eingesetzten Werkstoffen abschätzen zu können. Christian Polzin, Universität Rostock, präsentierte ein neues 3D-Druckverfahren zur Herstellung keramischer Formkörper aus Aluminiumoxid und Siliziumkarbid. Beide Ausgangswerkstoffe finden breite Anwendung im Bereich der technischen Keramiken. Aus Aluminiumoxid werden beispielsweise Wendeplatten oder Sinterhilfsmittel hergestellt, während aus Siliziumkarbid unter anderem Brennerelemente oder Gleitlager gefertigt werden. Weitere Vorträge beschäftigten sich unter anderem mit dem 3D-Siebdruck, in dem sich miniaturisierte Bauteile in Großserien fertigen lassen, mit der innovativen und umweltschonenden Technologie des eColouring, mit Open Source Hardware, neuen Drucktechnologien und Softwareentwicklungen. Auf der Agenda standen außerdem Anwenderberichte, beispielsweise informierte Theresa Swetly, BMW AG München, über die Einsatzmöglichkeiten generativ gefertigter Komponenten zur Absicherung von Bauteilen im Fahrzeugcockpit beim bayerischen Automobilhersteller.

Konstrukteurstag – Möglichkeiten und Grenzen additiver Verfahren

Die nahezu unbegrenzte gestalterische und konstruktive Freiheit zählt zu den größten Vorteilen des Additive Manufacturing. Gleichzeitig stellt diese Freiheit eine der größten Herausforderungen für Konstrukteure dar. Die Gestaltung generativ gefertigter Bauteile unterliegt eigenen Regeln, denen sich die acht Vorträge des Konstrukteurstags am 15. Mai 2014 widmeten. Die Vorträge thematisierten unter anderem die Erweiterung des Gültigkeitsbereiches zuvor erarbeiteter Konstruktionsregeln für verschiedene Randbedingungen beim Lasersintern sowie die Entwicklung und Konstruktion eines metallischen Rennfahrzeug-Strukturbauteils mit FE-gestützter Optimierung der Topologie für das Additive Manufacturing. Alexander N. Steiner, netfabb GmbH, präsentierte eine innovative Softwarelösung, mit der sich beliebig komplexe, an die Muster aus der Natur angelehnte Strukturen rechnerbasiert entwickeln lassen. Bei der anschließenden additiven Fertigung entstehen alleine durch die Änderung der Struktur aus bekannten Materialien Bauteile mit neuen Eigenschaften. Einen neuen Konstruktionsansatz für die belastungsgerechte Auslegung von Sandwichbauteilen stellte Fabian Riß, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU vor. Die Methode ermöglicht es, Wabenstrukturen belastungsgerecht an eine Freiformfläche anzupassen und geometrisch zu adaptieren. In Verbindung mit der additiven Fertigung kann das Leichtbaupotential im Vergleich zur konventionellen Fertigung besser ausgeschöpft werden. Gleichzeitig lassen sich weitere Funktionen, beispielsweise eine optimierte Deckschichtanbindung und Reduzierung des Telegraphing-Effekts, integrieren.

AM – großes Potenzial in der Luftfahrt

In der Luftfahrt ist AM eine Technologie, die in einigen Bereichen bereits produktiv eingesetzt wird. Dies machte Stephan Eelman, The Boeing Comapny, in seinem Vortrag deutlich. Er bot einen Überblick über die wesentlichen Anwendungsgebiete der generativen Fertigung beim weltgrößten Flugzeughersteller und präsentierte ausgewählte Beispiele. An diesen erläuterte Eelman anschließend die Anforderungen und Herausforderungen bei der Überführung der verschiedenen Fertigungsprozesse und -materialien vom Rapid Prototyping hin zur Serienherstellung von Flugzeugbauteilen. Einen neuen Ansatz, hydraulische Ventilblöcke für die Anwendung in der Luftfahrt mithilfe des selektiven Laserschmelzverfahrens (SLM) herzustellen, präsentierte Alexander Altmann, Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH. Er zeigte Ergebnisse einer Studie, in der im Vergleich zu konventionell gefertigten Komponenten bei vergleichbarer Performance und vergleichbaren Herstellkosten bis zu 55 Prozent Gewicht gespart werden konnten. Darüber hinaus thematisierte die zweitägige Veranstaltung mit insgesamt 13 Vorträgen unter anderem das europäische Verbundforschungsprojekt RepAIR: Zwölf Institutionen erforschen unter der Leitung der Universität Paderborn gemeinsam das Potential des Additive Manufacturing in der Flugzeuginstandhaltung. Partner wie Boeing und Lufthansa Technik erproben Szenarien der ganzheitlichen Anwendung in Wartungs- und Reparaturprozessen unter Berücksichtigung von Themen wie Zertifizierungsanforderungen im Luftfahrtsektor sowie ökonomischen Aspekten und Einflussfaktoren der additiven Fertigung. Darüber hinaus wurden auch die Möglichkeiten vorgestellt, die sich durch eine neue Softwarefunktionen für die Gestaltung von Gitterstrukturen und damit das Nutzen besonderer Vorteile des AM eröffnen.

Neue Möglichkeiten für individuelle Lösungen in der Medizintechnik

Generative Verfahren gewinnen auch in der Medizintechnik zunehmend an Bedeutung. Dies belegten auch die zwölf Vorträge des zweitägigen Fachforums Medizintechnik. Die Trends für die Gewebebearbeitung präsentierte Paulo Bártolo, University of Manchester, unter dem Begriff Biomanufacturing. Über die Herstellung und Wirkstoffmodifikation von komplex geformten keramischen Implantaten und Scaffolds mittels 3D-Pulverdruck informierte Professor Dr. Uwe Gbureck, Universität Würzburg. Er zeigte einerseits auf, dass sich Biokeramiken aus Calcium- oder Magnesiumphosphat-Zementen aufgrund ihrer Ähnlichkeit zur mineralischen Phase des Knochens als Knochenersatzwerkstoff eignen. Andererseits beschäftigte sich der Vortrag mit der Modifikation dieser Strukturen mit Wirkstoffen wie Antibiotika oder die Einheilung fördernder Additive. Der 3D-Druck von calciumphosphat-basiertem Knochenersatz und das Postprocessing von 3D-gedruckten, keramischen Knochenersatzstrukturen wurden ebenfalls thematisiert. Ronny Hagemann, Laserzentrum Hannover, stellte ein Verfahren für das selektive Lasermikroschmelzen von Platium-Iridium-Legierungen vor. Das Material wird aufgrund seiner einzigartigen biologischen und elektrischen Eigenschaften bevorzugt für biomedizinische Implantate wie Herzschrittmacher eingesetzt. In den Versuchen konnten mit dem Verfahren reproduzierbar homogene, vollständig stoffschlüssig mit dem Substratmaterial verbundene Schichten erzeugt werden. Eine Vortragsreihe beschäftigte sich auch mit praktischen Anwendungen von Additive Manufacturing in der Klinik. Dabei verdeutlichte Dr. Philipp Fürnstahl, Universspital Balgrist, dass Additive Manufacturing im OP angekommen ist. An der Klinik wurden bereits die Operationen von 100 Patienten in 3D geplant und mit patientenspezifischen Schablonen erfolgreich umgesetzt.

3D-Fortschritte in der Dentaltechnik

Sowohl in der Zahnarztpraxis als auch im zahntechnischen Labor etabliert sich die digitale Technik mit Riesenschritten. Das Fachforum „CAD/CAM und Rapid Prototyping in der Zahntechnik“ informierte an zwei Tagen in zwölf Vorträgen über den aktuellen Stand und neueste Entwicklungen. So informierte Emidio Marco Cennerilli, EGS S.r.l., über die neuesten Trends in der digitalen Zahnmedizin und die derzeit zur Verfügung stehenden Technologien. Er verdeutlichte dabei auch, wie durch neueste digitale Technologien die Kommunikation zwischen Zahnarzt, Patient und Labor optimiert werden kann. Einen Vergleich der optischen und mechanischen Eigenschaften der vollkeramischen Systeme (Leuzit-Glaskeramik, Lithiumdisilikat-Glaskeramik und transluzentes Zirkoniumdioxid), die sich vorteilhaft zur digitalen Herstellung von monolithischen Restaurationen eignen, stellte Dr. Sascha Cramer von Clausbruch, Wieland Dental + Technik GmbH, an. Erste klinische Erfahrungen mit dem Replicate-System präsentierte Dr. Anna Jacobi, Zahnärzte Jacobi, Fendt & Kollegen. Im Vortrag wurde das Vorgehen erläutert. Besonderheit dabei ist, dass das patientenindividuelle Implantat auf Basis einer DVT-Aufnahme sowie der digitalisierten klinischen Ausgangssituation vor der Extraktion geplant und designed wird. Die Einbringung des wurzelanalogen und mit einem individuellen Abutment aus Zirkon ausgestatteten Implantats erfolgt unmittelbar nach der Extraktion in das vorhandene Zahnfach.

Neuheiten zum Anfassen

Viel Neues bot die diesjährige Rapid.Tech nicht nur in den Fachforen, der Anwendertagung und beim Konstrukteurstag, sondern auch in der Messehalle. So wählte beispielsweise die EOS GmbH die Rapid.Tech als Bühne für den weltweit ersten Auftritt des neuen Metall-Systems EOSINT M 290. „Unsere Messeteilnahme war in der Vergangenheit schon sehr erfolgreich. Deshalb haben wir entschieden, die neue Maschine hier live vorzustellen und das Interesse lag deutlich über unseren Erwartungen“, berichtet Stephan Wein, Gebietsverkaufsleiter bei EOS. Festgestellt haben die Aussteller der Rapid.Tech auch eine verstärkte Nachfrage nach Metallmaschinen. Davon profitierte auch Frank Borkenhagen, Sales Manager Germany bei der Praxair Surface Technology GmbH: „Unsere metallischen Pulver für das thermische Spritzen können größtenteils auch für das Lasersintern eingesetzt werden. Deshalb haben wir uns entschieden, erstmals auf der Rapid.Tech auszustellen. Wir sind auf großes Interesse gestoßen und mit der Messeteilnahme sehr zufrieden. Ich bin daher sicher, wir werden auch 2015 hier wieder ausstellen“.