Wie ergänzt die additive Fertigung das traditionelle Strangpressen?

Additive Fertigung¹ (AM), allgemein bekannt als 3D-Druck, und die traditionelle Extrusion sind zwei unterschiedliche, aber sich ergänzende Fertigungsverfahren, die in Kombination die Produktionsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen erheblich verbessern können. AM baut Objekte Schicht für Schicht aus digitalen Modellen auf und ermöglicht so ein schnelles Prototyping und die Erstellung komplexer Geometrien, die mit herkömmlichen Methoden eine Herausforderung darstellen würden. Bei der traditionellen Extrusion hingegen wird das Material durch eine Düse gepresst, um kontinuierliche Formen wie Rohre, Profile oder Platten zu erzeugen, was sich ideal für die Massenproduktion gleichmäßiger, großvolumiger Komponenten eignet.

Additive Fertigung verbessert die traditionelle Extrusion² indem sie schnelles Prototyping, kundenspezifische Produktion und komplexen Werkzeugbau ermöglicht, während die Extrusion sich durch standardisierte Großserienfertigung auszeichnet, was zusammen die Effizienz und Innovation optimiert.

In diesem Blogbeitrag wird untersucht, wie die additive Fertigung die traditionelle Extrusion ergänzt, und es werden Einblicke in ihre Synergien, technischen Aspekte und praktischen Anwendungen gegeben. Durch die Nutzung der Stärken beider Verfahren können Hersteller mehr Flexibilität erreichen, Kosten senken und Innovationen in ihren Produktionsstrategien vorantreiben.

Was ist Additive Fertigung?

Additive Fertigung (AM), oft auch als 3D-Druck bezeichnet, ist eine transformative Technologie, bei der Objekte durch schichtweises Hinzufügen von Material auf der Grundlage eines digitalen Modells hergestellt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Verfahren, bei denen das Material abgetragen wird, werden bei der additiven Fertigung Teile von Grund auf aufgebaut, was eine beispiellose Designflexibilität ermöglicht. Laut Wohlers Associates umfasst AM Verfahren wie Materialextrusion, Küvetten-Photopolymerisation und Pulverbettschmelzen, die jeweils für bestimmte Materialien wie Polymere (z. B. ABS, PLA), Metalle (z. B. Titan, Aluminium) und Keramik geeignet sind.

AM leuchtet in schneller Prototypenbau³Die Vorteile des Verfahrens liegen in der schnellen Iterationsfähigkeit der Konstrukteure und in der Herstellung von kundenspezifischen Teilen oder Kleinserien, wie z. B. medizinischen Implantaten oder Komponenten für die Luft- und Raumfahrt. Aufgrund der geringeren Geschwindigkeit und der höheren Stückkosten ist das Verfahren jedoch im Vergleich zur herkömmlichen Extrusion für die Großserienproduktion weniger geeignet.

Was ist traditionelles Strangpressen?

Bei der traditionellen Extrusion handelt es sich um ein Herstellungsverfahren, bei dem das Material - häufig ein thermoplastischer Kunststoff, Metall oder Keramik - erhitzt und durch eine Düse gepresst wird, um Objekte mit einem festen Querschnittsprofil herzustellen. Dieses kontinuierliche Verfahren eignet sich hervorragend für die Herstellung langer, gleichmäßiger Formen wie Rohre, Drähte und Profile und wird in Branchen wie dem Baugewerbe, der Automobilindustrie und der Verpackungsindustrie eingesetzt Britannica.

Der Arbeitsablauf umfasst die Materialvorbereitung, das Erhitzen, die Extrusion durch eine Düse, das Abkühlen und das Schneiden. Die Effizienz der Extrusion bei der Verarbeitung großer Mengen mit minimalem Abfall macht sie zur ersten Wahl für die Massenproduktion, obwohl sie auf einheitliche Querschnitte beschränkt ist und erhebliche Investitionen in die Werkzeugkonstruktion erfordert.

Wie ergänzt die additive Fertigung das traditionelle Strangpressen?

Die additive Fertigung verbessert die herkömmliche Extrusion, indem sie ihre Grenzen überwindet und ihre Möglichkeiten in mehrfacher Hinsicht erweitert:

Rapid Prototyping von Strangpresswerkzeugen

AM ermöglicht die schnelle und kostengünstige Herstellung von Prototypwerkzeugen für Extrusionsverfahren⁴. Die Hersteller können die Entwürfe von Werkzeugen - z. B. solche mit komplexen Kühlkanälen - testen und verfeinern, bevor sie in die herkömmliche Werkzeugherstellung investieren. Metall-AM-Verfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM) sind für diese AddUp Solutions besonders effektiv.

Auftrags- und Kleinserienfertigung

Während die Massenproduktion von der Extrusion dominiert wird, zeichnet sich AM durch die Herstellung von kundenspezifischen Teilen oder Kleinserien aus, die mit stranggepressten Komponenten kombiniert werden. In der Luft- und Raumfahrt entstehen durch AM komplizierte, leichte Teile in Kombination mit stranggepressten Strukturelementen, die die Leistung optimieren und das Gewicht reduzieren.

Hybride Fertigung

Bei einigen Produkten werden beide Verfahren eingesetzt: AM für komplexe Profile und Extrusion für Standardkomponenten in großen Stückzahlen. In der Automobilindustrie werden mit AM kundenspezifische Vorrichtungen für Extrusionslinien hergestellt, was die Effizienz des MIT Sloan erhöht.

Werkzeuge und Vorrichtungen

AM wird zunehmend eingesetzt, um kundenspezifische Werkzeuge⁵und Vorrichtungen für Extrusionsverfahren. Diese maßgeschneiderten Werkzeuge verkürzen die Rüstzeiten und verbessern die Effizienz. Sie werden oft kostengünstig mit AM-Systemen der Verbraucherklasse hergestellt.

Anwendungen der additiven Fertigung beim Strangpressen

Die Synergie zwischen AM und Extrusion ist branchenübergreifend zu beobachten:

• Luft- und Raumfahrt: AM stellt leichte Gitterstrukturen oder Halterungen her, die sich mit stranggepressten Aluminiumprofilen verbinden und die Kraftstoffeffizienz verbessern ScienceDirect.

• Automobilindustrie: AM erstellt Prototypenteile und kundenspezifische Vorrichtungen für Extrusion⁶ Linien, die die Produktion von Verkleidungsteilen oder Trägern rationalisieren.

• Bauwesen: AM stellt kundenspezifische Formen her, die mit stranggepressten PVC-Rohren oder Aluminiumrahmen verwendet werden und Flexibilität mit Kosteneffizienz verbinden.

• Medizinische Geräte: AM stellt patientenindividuelle Implantate aus extrudierten Rohren her, die individuelle Anpassung und Langlebigkeit verbinden.

Diese Beispiele zeigen, wie AM das Strangpressen verbessert und innovative, effiziente Fertigungslösungen ermöglicht.

Technische Aspekte: Prozessabläufe und Materialkompatibilität

Das Verständnis der Arbeitsabläufe und der Materialkompatibilität beider Verfahren ist der Schlüssel zu ihrer Integration.

Additive Fertigungsverfahren (z. B. FDM)

1. Gestaltung: Erstellen Sie ein 3D-Modell in CAD, das für den schichtweisen Aufbau optimiert ist.

2. Schneiden von: Konvertieren Sie das Modell in Schichten und legen Sie Parameter wie Schichthöhe und Stützen fest.

3. Drucken: Das Material wird über eine Düse aufgetragen, wobei das Teil Schicht für Schicht aufgebaut wird.

4. Nachbearbeitung: Entfernen Sie die Stützen und bearbeiten Sie die Oberflächen nach Bedarf.

Traditioneller Arbeitsablauf bei der Extrusion

1. Würfel-Design: Fertigen Sie eine Matrize (z. B. Aluminium für Kunststoffe, Stahl für Metalle) für den Materialfluss an.

2. Material Vorbereitung: Erhitzen Sie das Material und mischen Sie es bis zur richtigen Viskosität.

3. Extrusion: Das Material wird unter Druck (30-700 MPa) durch die Matrize gedrückt.

4. Kühlen/Schneiden: Kühlen Sie das Extrudat ab und schneiden Sie es auf Länge.

Kompatibilität der Materialien

Prozess	Allgemeine Materialien	Anmerkungen
AM (z. B. FDM)	ABS, PLA, PETG, Titan, Aluminium	Je nach Verfahren unterschiedlich; Polymere und Metalle
Traditionelle Extrusion	PVC, Polyethylen, Aluminium, Kupfer	Bearbeitet Thermoplaste, Metalle, Keramiken

Die Angleichung von Arbeitsabläufen und Materialien gewährleistet eine nahtlose Integration von AM und Extrusion.

Praktische Werkzeuge: Design-Checklisten und Entscheidungsrahmen

Die Hersteller können diese Werkzeuge nutzen, um ihren Einsatz von AM und Extrusion zu optimieren:

Design-Checkliste für AM

• Sicherstellen, dass die Entwürfe dem schichtweisen Aufbau entsprechen (z. B. Überhänge <45°).

• Planen Sie die Unterstützungsstrukturen und den Nachbearbeitungsbedarf.

• Überprüfen Sie Materialverträglichkeit⁷ und berücksichtigen die Schrumpfung.

Design-Checkliste für die Extrusion

• Entwerfen Sie gleichmäßige Querschnitte für einen reibungslosen Materialfluss.

• Integrieren Sie Kühlkanäle, um Defekte zu vermeiden.

• Planen Sie bei Bedarf eine Nachbearbeitung nach der Extrusion ein.

Rahmen für die Entscheidungsfindung

Frage	AM Präferenz	Extrusion Präferenz
Lautstärke?	Niedrig (<1000 Einheiten)	Hoch (>1000 Einheiten)
Komplexität?	Komplexe Geometrien	Konsistente Querschnitte
Geschwindigkeit?	Schnelles Prototyping	Hochgeschwindigkeits-Produktion

Dieser Rahmen leitet die Prozessauswahl auf der Grundlage von Volumen, Komplexität und Zeitbeschränkungen.

Vergleich von AM und traditioneller Extrusion

Aspekt	Additive Fertigung (AM)	Traditionelle Extrusion
Profis	- Flexibilität bei der Gestaltung - Schnelles Prototyping	- Hohe Produktionsraten - Kostengünstig für die Massenproduktion
Nachteile	- Langsamer für große Chargen - Höhere Kosten/Einheit	- Begrenzt auf einheitliche Formen - Hohe Werkzeugkosten

Schlussfolgerung

Additive Fertigung und herkömmliche Extrusion bilden zusammen ein leistungsstarkes Fertigungsduo. Die Stärken der additiven Fertigung in den Bereichen Prototyping, Individualisierung und Komplexität ergänzen die Effizienz der Extrusion in der standardisierten Großserienfertigung. Von der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Automobilindustrie treibt ihr kombinierter Einsatz die Innovation voran, senkt die Kosten und optimiert die Arbeitsabläufe. Mit der Weiterentwicklung dieser Technologien wird ihre Synergie die Zukunft der Fertigung weiter prägen.