Generell beschleunigt die additive Fertigung einen sicheren Entwicklungsprozess für die Serienfertigung und auch bei Einzelanfertigungen – ohne den teuren, klassischen Spezialwerkzeugbau. Ganz konkret bietet sie sich beispielsweise an, um schnell und unkompliziert individuelle Werkzeuge und Aufsätze zu fertigen, zur Überprüfung der Passform in Gehäusen, zur Visualisierung und zum Testen von Gehäuse-Prototypen, aber auch für die Fertigung von Kleinserien. Für die vielen unterschiedlichen Anwendungen stehen verschiedene 3D-Druck-Technologien zur Verfügung. Die gängigsten sind das SLS- (Selective Laser Sintering), das FDM- (Fused Deposition Modeling) und das Stereolithographie-Verfahren.
3D-Druck in der Serienfertigung
Rapid Manufacturing bezeichnet den Einsatz von 3D-Druck in der Serienproduktion, wodurch sich ganz neue technische und wirtschaftliche Möglichkeiten ergeben – etwa bei der kundenspezifischen Individualisierung. Gerade was Kleinserien anbelangt, sorgt die additive Fertigung nicht nur für viel Flexibilität, sondern auch für Kosteneinsparungen gegenüber klassischen Verfahren, wie der Spritzgussfertigung. In der Elektronikbranche wird sie meist für die Herstellung von Gehäusen genutzt. Im Beispiel sind Gehäuseober- und unterschalen eines Handscanners kurz nach dem Druck zu sehen. Diese werden im nächsten Schritt entpulvert und eingefärbt, bevor sie dann in die Endmontage zum Einfügen der Elektronik und zum Endtest kommen
Agile Produktentwicklung mit 3D-Druck
Beim so genannten Rapid Prototyping geht es darum, Ideen zu visualisieren und auszuprobieren und das zu verhältnismäßig geringen Kosten. Denn die Entwicklung von neuen Produkten in der Elektronikbranche findet mittlerweile meist agil statt. Das heißt, nach einem Sprint – also einem Abschnitt von circa sechs Wochen – wird anhand eines ersten Prototyps besprochen, was die nächsten Schritte sind. 3D-Druck ermöglicht das schnelle Bauen von Prototypen und macht alle Aspekte einer Lösung praxisnah erlebbar und die Ergebnisse testbar. In der Produktentwicklung ist Rapid Prototyping mittlerweile unverzichtbar, da es nicht nur den Entwicklungsprozess beschleunigt, sondern auch Erkenntnisse und Sicherheit für die Serienfertigung liefert. Bei dem abgebildeten Produkt wurde die SLS-Technologie gewählt, um eine hohe Festigkeit umzusetzen und Stützstrukturen zu vermeiden.
Spezial-Tools konstruieren – mit Hilfe von 3D-Druck
Das Rapid Tooling bezeichnet eine Sonderform des Rapid Prototyping: die schnelle und unkomplizierte Konstruktion von Werkzeugen und Aufsätzen. Hier kommen gleich mehrere Vorteile des 3D-Drucks zum Tragen: So lassen sich etwa Einzelanfertigungen ohne teuren klassischen Spezialwerkzeugbau realisieren sowie auch extrem komplexe, individuelle Formen umsetzen. Den Anwendungsbereichen sind also kaum Grenzen gesetzt. Möglichkeiten ergeben sich zum Beispiel in der Endmontage von Produkten: Egal ob Halterungen, Spannvorrichtungen, Schablonen, Materialrutschen oder Einpressvorrichtungen. Denn für diese genannten Fertigungshilfsmittel ist der konventionelle Werkzeugbau nicht zwingend notwendig. Ebenso wenig müssen diese stets aus Metall gefertigt sein. Oft lohnt es, sie aus einem Guss zu drucken – dann müssen sie auch nicht aus mehreren Teilen montiert werden.
Lean Production: Prozessoptimierung mit Hilfe von 3D-Druck
Bei der Anwendung von Lean-Methoden werden Arbeitsschritte in der Fertigung analysiert, vereinfacht und standardisiert. Die Herausforderung dabei besteht oft in der Materialzuführung oder auch der Werkzeugbereitstellung. Um Lean Production, also einen schlanken und zeiteffizienten Fertigungsprozess zu erreichen, werden Prozesse kontinuierlich verbessert. Auch hier kann der 3D-Druck dazu beitragen, Optimierungen schnell umzusetzen. Beispiele dafür sind Werkzeughalter, Ordnungssysteme für Staubsaugerzubehör, Mülltütenspender, Kabelhalterungen, Stoppvorrichtung und vieles mehr. Im Gegensatz zum konventionellen Werkzeugbau profitieren Anwender hier von der Möglichkeit, Optimierungspotentiale schnell zu nutzen und praktisch umzusetzen, Ordnung zu schaffen, Zeit einzusparen und Kosten zu senken.
Was die Zukunft bringt – neue Einsatzbereiche für 3D-Druck
Die Herstellung 3D-gedruckter Leiterplatten ist ein ganz neues und sehr spannendes Anwendungsfeld in der Elektronikfertigung. Das Verfahren basiert auf dem Inkjet-Druckverfahren, bei dem Metalle und dielektrische Polymere gleichzeitig auf eine Druckplatte aufgebracht werden. Somit lassen sich mehrlagige Leiterplatten (Multilayer-PCBs) einschließlich Durchgangslöcher (Vias) herstellen. Ein Elektrotechniker, der die nächste Leiterplatte für das nächste Produkt entwirft, muss zunächst herausfinden, wie das Produkt funktionieren soll und welche Komponenten dafür erforderlich sind. Dies geschieht mithilfe einer EDA-Software (Electronic Design Automation). Diese ausgeklügelte Design-Software ermöglicht es, das Design anhand verschiedener Simulationen zu testen, bevor es an den Dritthersteller verschickt wird.
Dank dieses neuen Verfahrens können Elektroingenieure eine physische Platine entwerfen und additiv herstellen. Somit lässt sich sicherstellen, dass diese korrekt ist oder anderenfalls lassen sich Fehler oder Verbesserungsmöglichkeiten schnell identifizieren. Diese Technologie macht es möglich, eine Idee innerhalb eines Tages zu drucken, da keine Leiterplatten-Fertigung durch Dritte nötig ist, was – je nach Komplexität des Designs und der Verfügbarkeiten – mehrere Wochen dauern kann.
