Generative Fertigungsverfahren

Generative Fertigungsverfahren bzw. Additive Fertigung ist eine umfassende Bezeichnung für die bisher häufig als Rapid Prototyping bezeichneten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Diese Fertigung erfolgt direkt auf der Basis der rechnerinternen Datenmodelle (Übergabe meist über die STL-Schnittstelle) aus formlosem (Flüssigkeiten, Pulver u. ä.) oder formneutralem (band-, drahtförmig) Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Obwohl es sich um urformende Verfahren handelt, sind für ein konkretes Erzeugnis keine speziellen Werkzeuge erforderlich, die die jeweilige Geometrie des Werkstückes gespeichert haben (zum Beispiel Gussformen).

Der Einsatz dieser Verfahren, zu denen unter anderem Stereolithografie, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modeling, Laminated Object Modelling und 3D Printing, sowie Kaltgasspritzen gehören, ist ökonomisch einsetzbar bei der parallelen Fertigung sehr kleiner Bauteile in größeren Stückzahlen, für Unikate bei Schmuck oder in der Medizin- und Dentaltechnik, sowie der Kleinserienfertigung oder Einzelfertigung von Teilen mit einer hohen geometrischen Komplexität, auch mit zusätzlicher Funktionsintegration.

Im Gegensatz zu Urformen, Umformen oder subtraktiven Fertigungsverfahren (Trennen) erhöht sich bei generativen Fertigungsverfahren die Wirtschaftlichkeit mit steigender Komplexität der Bauteilgeometrie.

In den letzten Jahren wurden die Anwendungsgebiete für diese Fertigungsverfahren, die sich am Anfang auf das Herstellen von Modellen und Prototypen – daher der Begriff Rapid Prototyping – konzentrierten, auf weitere Felder ausgedehnt. Dazu zählen:

der Einsatz als Prototyp: Rapid Prototyping,
der Einsatz als Werkzeug: Rapid Tooling und
der Einsatz als Fertigteil: Rapid Manufacturing.
In Verbindung mit weiteren modernen Technologien wie zum Beispiel dem Reverse Engineering (Digitalisieren), dem CAD, der virtuellen Realität sowie heutigen Verfahren des Werkzeugbaues wird die Verfahrenskette innerhalb der Produktentwicklung auch als Rapid Product Development bezeichnet. Weiterhin wird durch die digitale Schnittstelle generativer Fertigungsmaschinen und deren automatisierter Fertigungsprozess eine dezentrale, geografisch unabhängig verteilte Produktion ermöglicht (Cloud Producing).

Kombinierte Verfahren ermöglichen die werkzeuglose Produktion von Mikrobauteilen, Fluidik und Mikrosystemen. Über Fotopolymerisation werden auf Kunststoffen basierte Mikrobauteile hergestellt. Metallische und andere funktionelle Schichten werden direkt strukturiert und schichtübergreifend integriert. Elektronische Bauelemente, wie Prozessoren, Speicherelemente, Sensoren, passive Bauteile und Energiespeicher werden im Stack oder lateral eingebaut und parallel kontaktiert.

Ein Statusbericht der VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) vom September 2014 zu 3D-Druck bzw. den additiven Fertigungsverfahren bietet eine allgemeine Orientierung.