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1.2 Einordnung der Verfahren Fused Deposition Modeling (FDM)/Fused Layer Modeling (FLM)

3 3D-Druck als ergänzendes oder alternatives Fertigungsverfahren – Auswahlprozesse und Entscheidungsmodelle

3.2 Die fertigungsgerechte Konstruktion – Besonderheiten beim Einsatz von 3D-Druck (Beispiel: FLM)

3.5 Der Auswahlprozess zur Einführung von 3D-Druck im Unternehmen (Beispiel: FLM)

4.3 Clear Cast Integration – Lichtleiter-Integration in FDM-Bauteilen (Covestro AG und Fraunhofer IPA)

Andreas Fischer
Stefan Gebauer
Evgeniy Khavkin

3D-Druck im Unternehmen

Entscheidungsmodelle, Best Practices und Anwendungsbeispiele.
Am Beispiel Fused Layer Modeling (FLM)

Die Autoren:

Andreas Fischer, Gemmrigheim
Stefan Gebauer, Stuttgart
Evgeniy Khavkin, Tamm

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

Ebenso übernehmen Autoren und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen und MarkenschutzGesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

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Lektorat: Julia Stepp
Umschlagrealisation: Stephan Rönigk
Covermotiv: © Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)
Herstellung und Satz: le-tex publishing services GmbH, Leipzig

Print-ISBN 978-3-446-44008-1
E-Book-ISBN 978-3-446-44124-8
ePub-ISBN 978-3-446-45822-2

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz)
CSS-Version: 1.0

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Das erwartet Sie in diesem Buch

Mit dem Aufbau des 3D Fibre PrinteR am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) im Jahr 2012 begann sich die Idee zu entwickeln, ein Buch über die Integration von Additiven Fertigungsprozessen im Unternehmen zu schreiben. Der 3D Fibre PrinteR, ein 3D-Drucker auf Basis eines Industrieroboters, nutzte das zu diesem Zeitpunkt kommerziell erfolgreichste Additive Fertigungsverfahren auf dem Markt – das Fused Deposition Modeling (FDM) bzw. Fused Layer Modeling (FLM). Das FDM/FLM-Verfahren löste zeitgleich einen Hype um den 3D-Druck aus, der durch Firmen wie Mattel und fischertechnik sogar bis ins heimische Kinderzimmer vordrang. Das Thema wurde medial aufgegriffen und in verschiedene gesellschaftliche Kontexte gebracht. Teilweise mündete dies in stark fiktionale Szenarien, infolge des Hypes entstanden allerdings auch viele neue Entwicklungen und Forschungsschwerpunkte im Umfeld der Additiven Fertigung. Diese reichten von Geschäftsmodellen über Anlagentechnologien bis hin zur urbanen Integration der Additiven Fertigung. Darüber hinaus führte der neue Hype zu einer intensiven Auseinandersetzung der Industrie mit 3D-Druck und dessen Integration in verschiedene Branchen.

Dieses Buch versteht sich als Leitfaden für die Industrie und deren Entscheider. Es soll Geschäftsführer, Fertigungsleiter und Produktionsverantwortliche bei der Integration von Additiver Fertigung in konventionelle Fertigungsprozesse unterstützen, und aufzeigen, in welchen Fällen sich 3D-Druck als Stand-Alone-Lösung nutzen lässt.

Das Buch legt die Möglichkeiten, Grenzen und Potenziale von 3D-Druck am Beispiel von Fused Deposition Modeling (FDM) bzw. Fused Layer Modeling (FLM) dar, und hilft, diese besser einschätzen zu können. Neben zahlreichen Anwendungsbeispielen aus der Industrie werden die verfahrensspezifischen Eckpunkte sowie die hohe Adaptivität dieser Fertigungsstrategie erläutert.

Auch das Thema Digitalisierung als Bestandteil von Industrie 4.0 wird im Zusammenhang mit Additiver Fertigung betrachtet. Industrie 4.0 besteht nicht nur aus Digitalisierung, sondern auch aus digitaler Produktion, für welche der 3D-Druck prädestiniert ist. Die Additive Fertigung ist in höchstem Maße als Fertigungsmethode für die derzeitige und zukünftige Produktion geeignet und lässt sich ausgezeichnet in Industrie 4.0 integrieren.

In diesem Buch werden die Rahmenbedingungen, Anforderungen und Einflussfaktoren vorgestellt, die bei der Einführung von Additiver Fertigung im Unternehmen zu berücksichtigen sind, und mögliche Handlungsfelder beleuchtet. In erster Instanz stehen dabei immer das Produkt und die Produktion im Vordergrund, doch es werden auch die Herausforderungen und Potenziale aufgezeigt, die der Einsatz von 3D-Druck für andere Bereiche des Unternehmens mit sich bringt. Darüber hinaus wird ein Blick auf die zukünftig zu erwartenden Entwicklungen im Bereich der Additiven Fertigung geworfen.

So ist dieses Buch aufgebaut

Kapitel 1 beschreibt die Grundlagen der Additiven Fertigung. Neben der Erklärung von Fachbegriffen und technologischen Prozessen werden die Chancen, Risiken und Zukunftspotenziale des 3D-Drucks aufgezeigt (untergliedert in verschiedene Unternehmensbereiche). Außerdem werden die Aspekte Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Zusammenhang mit der Additiven Fertigung betrachtet. Kapitel 2 beleuchtet die Besonderheiten des FDM- und FLM-Fertigungsprozesses. Es stellt die gängigen Additiven Systeme und Werkstoffe sowie die Besonderheiten der Nachbearbeitung dar. Über den Stand der Technik hinaus geht dieses Kapitel auch auf die neuesten Entwicklungen im Bereich des Faserkunststoffverbundes und der Integration von Funktionen in Additive Bauteile ein. Kapitel 3 liefert konkrete Entscheidungsgrundlagen für die Integration von Additiven Fertigungsprozessen im Unternehmen. Ein Bewertungsschema im Hinblick auf wirtschaftliche sowie verfahrensinhärente Aspekte gibt Unternehmen eine Hilfestellung zur erfolgreichen Einführung der Technologie in der Produktion. In Kapitel 4 werden Anwendungsbeispiele aus der Industrie vorgestellt. Dieses Kapitel liefert Denkanstöße und Inspirationen, welche Produkte sich mit der Integration von 3D-Druck im Unternehmen realisieren lassen.

Die Autoren

Prof. Andreas Fischer

Im Jahr 2001 kam ich zum ersten Mal mit der Additiven Fertigungstechnologie in Berührung. Damals hatte die Verfahrensgruppe noch den Namen Rapid Prototyping. Mittels Stereolithografie (SLA) erzeugte ich 1:1-Anschauungsmodelle für die Konzeptvorstellung eines intelligenten und adaptiven Raumsystems. Im Anschluss setzte ich das vollfarbige Pulver-Binder-Verfahren 3D-Printing (3DP) für maßstäbliche Raummodelle ein. 2005 entwickelte ich in Kooperation mit der Schweizer Firma Rinspeed das Konzeptfahrzeug Senso. Parallel dazu kam ich am Artificial Intelligence Laboratory an der Universität Zürich (unter der Leitung von Prof. Rolf Pfeifer) zum ersten Mal in Kontakt mit Fused Deposition Modeling, um insbesondere Funktionsprototypen zu erstellen. Ab 2009 fokussierte ich mich am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart auf Peripherie- und Applikationsentwicklungen rund um das Selektive Lasersintern (SLS). Durch die Unterstützung von Prof. Thomas Bauernhansl und Steve Rommel konnte ich 2012 meinen Fokus auf FDM und FLM legen. Das Ergebnis war der 3D Fibre PrinteR. 2015 erhielt ich an der mAHS in Stuttgart meine Professur für Industriedesign. Dort integriere ich in der frühen Phase des Studiums Additive Fertigung interdisziplinär in meine Lehre. Aktuell unterstütze ich auch deutsche Start-ups aus dem Bereich der Additiven Fertigung.

Stefan Gebauer

Meine Leidenschaft für den 3D-Druck entwickelte sich 2014, während meiner Tätigkeit im Produktmanagement für den Weltmarktführer von FDM-Desktop-Druckern. Seit 2016 bin ich als selbstständiger Berater und Trainer im Bereich Additive Fertigung für die Branchen Maschinen- und Anlagenbau, chemische Industrie, Architektur und Kunst tätig.

Evgeniy Khavkin

Durch meine langjährige Beschäftigung mit laserbasierten Druckverfahren im Metallbereich am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) kam ich mit der Additiven Fertigung in Berührung. Durch den intensiven Einsatz von 3D-Druck im Hobby- und Industriebereich erkannte ich die Vorteile des extrusionsbasierten FLM/FDM-Verfahrens, auf das ich mich zwischenzeitlich bei meiner Tätigkeit als Projektleiter fokussiert habe.

Danksagungen

Andreas Fischer: Ich möchte meiner Lebensgefährtin Claudia ganz herzlich für die Unterstützung bei der Erstellung dieses Buches danken. Mein zusätzlicher Dank geht an meine ehemaligen Kollegen am Fraunhofer IPA – Steve Rommel, Bogdan Rentea und Raphael Geiger. Außerdem möchte ich all meinen Studenten für die großartige Unterstützung und Kreativität danken.

Stefan Gebauer: Ich möchte meinen ehemaligen Kollegen aus Weilimdorf danken, im Besonderen Manuel Leute, Juan Pedraza, Karolis Girdvainis, Florian Böhringer, Uwe Lackner und Martin Klein. Des Weiteren gilt mein Dank dem Hanser Verlag für die Möglichkeit zur Veröffentlichung dieses Buches und unserer Lektorin Julia Stepp für ihre Unterstützung und Geduld. Die größte moralische Unterstützung in der heißen Phase erhielt ich von meinen Geschwistern Anja und Thomas sowie von Beate. Danke euch!

Evgeniy Khavkin: Ich möchte meiner Lebensgefährtin Linda für ihre großartige moralische Unterstützung beim Verfassen dieses Buches danken.

Sindelfingen/Stuttgart/Tamm, April 2018

Andreas Fischer

Stefan Gebauer

Evgeniy Khavkin

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