Additiv-Generative Fertigung – Die 3D-Revolution zur Produktherstellung im Digitalzeitalter

Der Problemraum

Die zeit- und ressourceneffiziente Herstellung von Bauteilen durch additiv-generative Verfahren zählt zu den innovationsträchtigsten Revolutionen in der Fertigungstechnik. Individualisierte Produkte hoher Komplexität können mit Hilfe von Druckverfahren sowie werkzeuglosen, laser- und elektronenstrahlunterstützten Fertigungsverfahren hergestellt werden (z. B. Laser-Beschichten, Laser- und Elektronenstrahl-Generieren, Laser-Hybrid-Generieren, Drucken).

Aufgrund der in jüngerer Zeit erreichten und künftig absehbaren anlagentechnischen Weiterentwicklung wird die additiv-generative Fertigung für viele Branchen, und sowohl für KMUs als auch für Großunternehmen, zu einem hochattraktiven Innovationsfeld mit erheblichem Marktpotenzial werden. Während der Consumer-Bereich heute schon durch eine Vielzahl von Unternehmen eine beachtliche Marktdurchdringung erreicht hat, sind – abgesehen vielleicht von der Medizintechnik – im Bereich hochwertiger Industriegüter nur erste Anfänge erkennbar. Allerdings erregen in Europa und USA Schlagzeilen und Initiativen Aufsehen, die ein rasches Handeln in Deutschland erforderlich machen, um mehr als nur den technologischen Anschluss halten zu können.

Das Konsortium „3D Additiv-generative Fertigung“ bildet eine strategische Allianz für Forschung, Innovation und Wachstum in Ostdeutschland, um gemeinsam die wesentlichen Hemmnisse für einen weitverbreiteten Einsatz der additiv-generativen Fertigung zu beseitigen.

Die Ziele

Derzeit lassen sich die additiv-generativen Fertigungsverfahren ihrer Bedeutung nach in die Schrittmachertechnologien einordnen. Für den Sprung zur Schlüsseltechnologie in der industriellen Fertigung müssen jedoch zahlreiche, heute noch bestehende Fragestellungen adressiert werden, u.a.: 

  • Datenkonsistenz;
  • Sichere Fertigungsparameter, robuste Fertigung;
  • Produktivität;
  • Bauteilvielfalt und Werkstoffe;
  • Konditionierte und funktionalisierte Produkte;
  • Anerkannte Qualitätsstandards, standardisierte Prozesslandschaft;
  • Technologievertrauen und -akzeptanz;
  • Geschäftsmodelle, Markterschließung;
  • Rechtsrahmen (IPR, Haftungsfragen, etc.).

Das Konsortium wird einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der additiv-generativen Fertigung zur Schlüsseltechnologie leisten, indem es durch eine enge interdisziplinäre und intersektorale Kooperation von Unternehmen und führenden Forschungseinrichtungen Antworten zu den wesentlichen technologischen und marktwirtschaftlichen Fragestellungen erarbeitet. Die in einem initialen Roadmapping-Prozess definierten Forschungsziele sind an der Gesamtvision des Vorhabens orientiert, die Produktherstellung zu revolutionieren:

  • Individualisierte Einzelstücke und Serienprodukte werden in virtualisierten Prozessketten hergestellt.
  • Multi-Material-Systeme mit integrierter Intelligenz ermöglichen Produkte mit radikal neuen Funktionalitäten und Eigenschaftsprofilen.
  • Der richtige Werkstoff wird an die richtige Stelle gebracht, mit hoher Präzision, Flexibilität, Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit.
  • Deutschland wird zum Leitanbieter für die additiv-generative Fertigung. Unternehmen aus den Neuen Ländern sind Schrittmacher der Entwicklung zur Schlüsseltechnologie entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

Die thematischen Schwerpunkte

Zur Erreichung der hochgesteckten Ziele wurden vier Kernfelder identifiziert, in denen das Konsortium Lösungsansätze entwickeln wird.

Werkstoffe und Technologien

  • Konstruktionswerkstoffe und Funktionswerkstoffe (Metalle, Kunststoffe, Keramiken, Verbunde)
  • Multi-Material-Systeme mit 2D- und 3D-Multi-Material-Architektur
  • Werkstoffentwicklung für die additiv-generative Fertigung (Pulver, Draht, Tinten, Pasten, Suspensionen)
  • Herstellungsverfahren (Pulverbett, Freiformverfahren, Drucken, etc.)
  • Anlagenbau, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik

Fertigungsketten und -konzepte

  • Verkürzte, integrierte Fertigungsketten, Logistikkonzepte
  • Neuteilfertigung und Reparatur, Qualitätsprüfverfahren
  • Endbearbeitungsverfahren, Recycling

Produktstrategien und Systemdesign

  • Integrierte Multifunktionalität, intelligente Bauteile (z. B. durch generative Verarbeitung von Smart Materials bzw. innovative Sensorintegration)
  • Baustrategien, Reverse Engineering, fertigungsgerechte Konstruktion
  • Qualitätssicherungskonzepte
  • Skalenübergreifender Kompetenzaufbau (von mikro bis makro)

Anwendungen und Märkte

  • Innovative Multi-Material-Systeme
  • Funktionsintegrierte Strukturen
  • Robuste Fertigung mit Qualitätsstandards, geschlossene Prozessketten
  • Medizintechnik, Energietechnik, Luft- und Raumfahrt, Verkehrstechnik, etc.

Die Partner

Zurzeit besteht das Konsortium aus 40 Partnern, davon sind 25 KMUs und 11 Forschungsinstitute.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens
Leiter Thermisches Beschichten und Generieren
Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) 
Winterbergstraße 28 
01277 Dresden  
Telefon: 0351 83391-3242
E-Mail: christoph.leyens[at]iws.fraunhofer.de
www.agent3d.de