Metall drucken, und wann es sich lohnt

Um 2013 lautete die Erzählung, jeder würde zu Hause Gegenstände drucken und die Fertigung würde sich verteilen. Das geschah nicht und war nie plausibel. Was geschah, ist, dass additive Fertigung ein normales Industrieverfahren mit einem gut verstandenen Einsatzbereich wurde, neben Gießen, Zerspanen und Spritzgießen statt an ihrer Stelle.

Die eine wirtschaftliche Regel

Klassische Fertigung hat hohe Rüstkosten und niedrige Kosten je Teil. Eine Form kostet Zehntausende und danach kostet jedes Teil Cent. Additiv hat fast keine Rüstkosten und hohe, nahezu konstante Kosten je Teil.

Daher gewinnt Additiv bei kleiner Stückzahl, komplexer Geometrie und hohem Teilewert. Klassisch gewinnt bei allem anderen, und der Schnittpunkt liegt je nach Größe und Werkstoff meist zwischen hundert und einigen tausend Teilen.

Jedes gescheiterte Geschäft in der additiven Fertigung hat versucht, den Spritzguss in der Menge zu schlagen. Das geht nicht, und die Rechnung sagt es, bevor jemand die Fabrik baut.

Wo es wirklich gewinnt

Geometrie, die sich anders nicht herstellen lässt. Innere Kühlkanäle, die einer gekrümmten Fläche folgen, Gitterstrukturen, die fest und leicht sind, Wärmetauscher mit einer Oberfläche, die sich nicht zerspanen lässt. Das ist das eigentliche Argument: nicht billiger, sondern überhaupt möglich.

Zusammenfassung. Eine Brennstoffdüse aus zwanzig zerspanten Teilen, als eines gedruckt. Weniger Fügestellen, weniger Gewicht, keine Montagearbeit, weniger Ausfallpunkte. Die Luftfahrt hat das entschlossen verfolgt, und dort liegen die größten belegten Einsparungen.

Passung für den Einzelnen. Jeder Patientenknochen ist anders. Hüftpfannen, Schädelplatten, Zahnschienen und Operationsschablonen werden je Person gefertigt, was definitionsgemäß eine Stückzahl von eins ist und damit genau der Fall, für den Additiv gemacht ist.

Werkzeugbau. Spritzgussformen mit konturnahen Kühlkanälen, die der Teileform folgen, kühlen schneller und gleichmäßiger und senken die Zykluszeit zweistellig. Der gedruckte Gegenstand ist nicht das Produkt; er macht das Produkt.

Ersatzteile. Ein Teil für eine dreißig Jahre alte Maschine, deren Werkzeug verschwunden ist. Eines zu drucken ist billiger, als eine Form neu zu erstellen, und es beseitigt Lagerhaltungskosten.

Die Kosten, die niemand nennt

Die Maschine ist nicht der Aufwand. Metallpulver muss unter Schutzgas gehandhabt werden und ist eine Atemwegs- und Explosionsgefahr. Teile müssen von der Bauplatte getrennt werden, meist per Drahterodieren. Stützstrukturen müssen zerspant werden. Die meisten Metallteile brauchen eine Wärmebehandlung zum Spannungsabbau, und viele heißisostatisches Pressen, um innere Poren zu schließen. Flächen mit Toleranz müssen zerspant werden. Und dann braucht alles eine Prüfung, häufig eine Computertomografie, denn Fehler liegen innen und sind unsichtbar.

Die Nachbearbeitung übersteigt regelmäßig die Hälfte der Gesamtkosten. Jede Rechnung aus Maschinenzeit und Pulverpreis liegt um den Faktor zwei daneben.

Das Qualifizierungsproblem

In Luftfahrt und Medizin muss ein Teil qualifiziert werden, also nachgewiesen werden, dass das Verfahren gleichbleibende Eigenschaften liefert. Additive Verfahren sind empfindlich gegenüber Maschine, Pulvercharge, Bauposition und Ausrichtung. Ein Teil zu qualifizieren ist teuer, und es qualifiziert dieses Teil auf dieser Maschine mit diesem Pulver. Ändern Sie eines davon, und ein großer Teil der Arbeit beginnt von vorn.

Deshalb geht die Verbreitung dort am schnellsten, wo der Teilewert die Qualifizierungskosten trägt, und überall sonst langsam.

Worauf zu achten ist

Achten Sie auf prozessbegleitende Überwachung, die aus der Qualifizierung eine Sache je Baujob statt je Teil machen könnte. Achten Sie auf Mehrlasermaschinen, die den Durchsatz angreifen. Und achten Sie darauf, ob ein additives Teil im Automobilbau wirklich hohe Stückzahlen erreicht, was hieße, dass sich der Schnittpunkt verschoben hat.