Wie funktioniert 3D-Druck (Interview mit Herrn Lutz)?

  • Autor:                               Maximilian Wittmann                                 
  • Rubrik/Kategorie:                               Digitale Technologien und Innovative Produktionstechniken
  • Geschätzte Lesezeit des Artikels:   7 Minuten

Heute tauchen wir tiefer in die faszinierende und spannende Welt der Additiven Fertigung* (umgangssprachlich auch als 3D-Druck bezeichnet) ein. Vielleicht fragen sich viele Leser: Wie funktioniert 3D-Druck? Im heutigen Interview des TechBlogs begrüße ich mit Herrn Johannes Lutz den Gründer und geschäftsführenden Gesellschafter der 3D Industrie GmbH. Seid gespannt auf die Meinungen, Perspektiven und Schilderungen eines Experten im Bereich der Additiven Fertigung.


Guten Tag Herr Lutz. Wir freuen uns sehr, dass Sie für das heutige Interview bereitstehen. Könnten Sie sich und Ihren Werdegang als Unternehmer kurz vorstellen?

Sehr gerne. Mein Name ist Johannes Lutz, ich bin aufgewachsen in Nördlingen und bin 30 Jahre alt. Mein Werdegang als Unternehmer war der Folgende: Ich habe schon als kleines Kind gerne Autos gewaschen, Rasen gemäht usw. und habe mir dadurch bei meinem Papa oder Freunden ein paar Euros dazuverdient. Direkt nach meiner Ausbildung als Mechatroniker habe ich mich selbstständig gemacht und war im Außendienst als Handelsvertreter – für Industriebedarf, Schläuche, Drucklufttechnik, Montagewerkzeuge,… – tätig.

Nach einer gewissen Zeit habe ich gemerkt, dass mir Wissen fehlt und habe deshalb eine Weiterbildung zum Wirtschaftsfachwirt abgeschlossen. Das hat mir ermöglicht, ein Studium aufzunehmen. Ich habe Maschinenbau, Management und Wirtschaft in Aalen studiert. Schon während meines Studiums hat mich das Thema 3D-Druck gepackt. Ich habe deshalb mit weiteren Gesellschaftern mein erstes Unternehmen (Mark3D GmbH) gegründet, in welchem wir 3D-Drucker verkauft haben. Im Jahr 2019 habe ich meine Unternehmensanteile verkauft und damit ein neues Unternehmen gegründet. Jetzt widme ich mich aktiv meinem eigenem Unternehmen, der 3D Industrie GmbH.

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Wo liegt denn der Unterschied zwischen der Additiven Fertigung* (umgangssprachlich: 3D-Druck) und spanenden Verfahren (wie z. B. Drehen oder Fräsen)? Wie funktioniert 3D-Druck bzw. die Additive Fertigung?

Ich sehe prinzipiell zwei große Unterschiede: Einerseits wird bei spanenden Verfahren, also in der konventionellen Fertigung, Schritt-für-Schritt gearbeitet. Beim 3D-Druck hingegen entsteht das Bauteil Schicht-für-Schicht. Andererseits kann das Prinzip des 3D-Drucks mit dem Formen mittels Knetmasse verglichen werden: Im 3D-Druck kann man nämlich genau dort Material hinzufügen, wo es notwendig ist und dort Material wegnehmen, wo dies nicht der Fall ist.

Die Bauteilstruktur und die Bauteilform entspricht also genau Ihren eigenen Wünschen. Konventionelle Verfahren könnte man eher mit viereckigen Klötzchen vergleichen, die mit einem Messer bearbeitet werden. Das heißt, der Prozess gleicht eher einem Schnitzen. Das ist natürlich viel schwieriger als von grundauf etwas mit Knetmasse zu bearbeiten.

Quelle: mohamed Hassan, Pixabay

Wie kamen Sie persönlich zur Additiven Fertigung und woher stammt Ihre Begeisterung für generative Fertigungsprozesse?

Während meines Studiums an der Hochschule Aalen (die forschungsstärkste Hochschule in Baden-Württemberg) habe ich viele verschiedene Labore besucht und mir genau angeschaut, woran dort geforscht wird und was dort gemacht wird. Irgendwann habe ich dann ein spannendes Labor entdeckt, in dem 3D-Drucker standen. Diese 3D-Drucker haben mich vom ersten Moment an fasziniert. Ich habe gelernt und gesehen, was man damit machen kann und hatte sofort umsetzbare Anwendungen im Kopf.

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Das Thema Additive Fertigung hat mich seitdem so richtig gepackt und ich habe mich intensiv darüber informiert. Ich habe herausgefunden, welche Firmen den Markt beherrschen, welche Anwendungen verbreitet sind und welche 3D-Druck-Technologien existieren. Auf diese Weise bin ich immer tiefer in diese Branche eingestiegen.

Im Englischen würden man Sie wahrscheinlich als Serial Entrepreneur bezeichnen, da Sie in den letzten knapp 10 Jahren 3 Unternehmen gegründet haben. Das ist eine starke Leistung und erfordert Mut! Sie sind aktuell Geschäftsführer des Unternehmens 3D Industrie GmbH. Könnten Sie mir und meinen Lesern schildern, welche Art von Dienstleistungen Sie anbieten?

Wir helfen Unternehmen, das Thema 3D-Druck in ihrem Betrieb erfolgreich umzusetzen. Dabei beraten wir und zeigen auf, welche additive Technologie die richtige ist, welches Potenzial die einzelnen Verfahren besitzen und ob sich die Investition finanziell lohnt. Das heißt, wir sind primär eine Beratungsfirma und helfen Maschinenbauern und Industriebetrieben dabei, hochwertige Funktionsbauteile zu drucken.

Wir haben verschiedene Produkte und beraten Kunden mit der Potenzialanalyse. Das läuft folgendermaßen ab: Der Kunde zeigt uns, was er macht und wir zeigen ihm ganz genau, bei welchen Anwendungen, Prozessen und Bereichen er 3D-Druck-Technolgien einsetzen kann. Im Zentrum unserer Potenzialanalyse stehen die drei Faktoren: Geldeinsparung, Zeiteinsparung und die Stärkung der Innovationskraft*. Die ersten beiden sind messbare Faktoren. Die Stärkung der Innovationskraft ist zwar leider nicht direkt messbar, aber unschätzbar wichtig für Unternehmen.

Zusätzlich bieten wir auch eine Anwendungsberatung an. In dem Fall kommt der Kunde mit einem Bauteil zu uns, welches er mittels additiver Fertigungsverfahren fertigen möchte. Außerdem bieten wir ein Online-Seminar zum Thema 3D-Druck an. In diesem Video-Seminar zeigen wir Neulingen, wie 3D-Druck exakt funktioniert und geben Schritt-für-Schritt Regeln zum Vorgehen bei der praktischen Umsetzung.

In unserem großen Consulting-Programm helfen wir unserem Kunden über einen Zeitraum von drei bis sechs Monaten, das Thema 3D-Druck mit fünf einfachen Schritten zu implementieren. Davon profitieren unsere Kunden, da sie sowohl Kosten und Zeit einsparen können als auch ihre Innovationskraft stärken.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie setzen Airbus und Boeing auf 3D gedruckte Teile. Für den Airbus A350 XWB fertigt Airbus sogar mittels 3D-Metalldruck Flugzeugteile (Verriegelungswellen von Türen) in Serie. Das eingesetzte Verfahren ist das Selektive Laserstrahlschmelzen bzw. das Lasersintern mit Metallen. Könnten Sie uns erklären, wie bei dieser Variante der 3D-Druck funktioniert?

Es gibt verschiedene Metall 3D-Druckverfahren*. Diese funktionieren grundsätzlich nach einem ähnlichen Prinzip. Lassen Sie es mich anschaulich und etwas vereinfacht erklären: Die Fertigungsanlage besteht aus zwei Behältern. In einem Behälter befindet sich die Bauplattform, auf welcher das zu fertigende 3D-Druck-Bauteil schichtweise entstehen soll. Im zweiten Behälter befindet sich das Metallpulver (z. B. Titanlegierungen, Aluminumlegierungen, Werkzeugstahl, Edelstahl usw.). Die beiden Behälter sind nebeneinander gelagert. Von einem Behälter wird Pulver in den Bauraum des anderen Behälters geschoben und anschließend wird das Metallpulver (z. B. mittels eines Rakels) auf der Grundplatte glattgestrichen.

Bei laserbasierten Verfahren wird mittels Laserstrahlung das Pulver selektiv, d. h. genau an der gewünschten Stelle und Kontur, aufgeschmolzen bzw. verschmolzen. Nach der Erstarrung bildet sich eine feste Materialschicht. Dies geschieht in einer Schicht-für-Schicht Bauweise. Nachdem eine Schicht verschmolzen wurde, wird die Bauplattform genau um eine Schichtdicke abgesenkt und eine neue dünne Schicht Metallpulver wird aufgetragen. Dieser Mikroschweißprozess und Zyklus wird solange wiederholt, bis das dreidimensionale Bauteil mit der gewünschten Geometrie entstanden ist.

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Nach dem additiven Herstellungsprozess wird das Bauteil von der Platte abgetrennt und das überschüssige Pulver entfernt. Je nach konkretem Verfahren und Anwendung können weitere Nachbearbeitungsschritte folgen. Darunter fallen das Entfernen von Stützstrukturen, eventuell eine Wärmebehandlung (z. B. Spannungsarmglühen), eine anschließende Qualitätskontrolle.

Welche sind Ihrer Meinung nach Top Vorteile, die Unternehmen durch den Einsatz von 3D-Druckverfahren* realisieren können?

Meiner Meinung gibt es drei wesentliche Vorteile: Der erste ist die Zeitersparnis. Man ist in der Lage, deutlich schneller zu fertigen. Im 3D-Druck kann man über Nacht fertigen statt auf Bauteile sechs Wochen warten zu müssen. Das Tolle daran ist, dass man sein fertiges Bauteil schon am nächsten Tag in den Händen halten kann. Das hängt aber natürlich immer von der verwendeten Technologie ab.

Der zweite große Vorteil ist die enorme Designfreiheit. Man kann Produkte völlig neu gestalten und dadurch Bauteile fertigen, die auf konventionelle Art und Weise nicht hergestellt werden können. Außerdem kann ein Bauteil so umgestaltet werden, dass es generativ herstellbar ist und dadurch Geld sparen.

Der dritte wichtige Vorteil ist das Steigern der Innovationskraft* im Unternehmen. Firmen können einen großen Innovationssprung durch den Einsatz neuer Technologien vollziehen. Dafür ist es jedoch wichtig, dass man dem Kunden sehr genau zuhört, seine Anforderungen im Detail kennt und dann identifiziert, wie eine gute Lösung mit 3D-Druckverfahren aussieht.

Wo liegen Ihrer Meinung nach im Bereich der AM-Industrie die größten Schwierigkeiten und Herausforderungen?

Dass 3D-Druck grundsätzlich funktioniert, ist klar. Aber ob 3D-Druck mit dem Unternehmen funktioniert, das hängt von der Denkweise des Unternehmens bzw. des Anwenders ab. Es ist so, dass viele Schwierigkeiten dadurch entstehen, dass Anwender oft nicht offen genug sind für neue Technologien. Viele denken, das „haben wir schon immer so gemacht“ und „so funktioniert es auch“. Ich glaube, man sollte seine Denkweise ändern und eher denken: „Wie könnte ich cleverer herangehen? Wie könnten denn meine Bauteile noch leichter zu fertigen sein? Wie lässt sich die Langlebigkeit der Bauteile erhöhen? Wie bin ich in der Lage, die Kundenwünsche noch besser zu erfüllen?“

Die Schwierigkeit steckt deshalb vor allem in den Köpfen der Anwender und ist eine Art „Ego-Thema“. Es ist deshalb wichtig, dass Unternehmen dem Thema 3D-Druck offen gegenüberstehen. Denn nur mit Offenheit und einem klaren Plan wird 3D-Druck auch gelingen.

Wie bewerten Sie den 3D-Druck* Markt weltweit: Wie schneiden unsere heimischen Unternehmen ab und wer ist führend?

Ich glaube nicht, dass ich das Recht habe, den gesamten Markt zu beurteilen. Aber was ich definitiv sagen kann: Wir in Deutschland leben das Thema 3D-Druck sehr stark und können stolz auf „Fine German Engineering“ sein. Das sieht man unter Anderem daran, dass viele Big Player (wie z. B. SLM, GE Additive, EOS) der 3D-Druck Industrie aus Deutschland stammen. Hier liegt ein unwahrscheinlich großes Wissen und Know-how vor.

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Unsere heimischen Unternehmen, unsere Maschinenbauer und unsere Fertigungsbetriebe haben leider manchmal die Additive Fertigung noch nicht klar im Fokus. Deshalb „schlummert“ die Technologie, sodass wir Unternehmen noch erklären müssen, wie man diese Verfahren einsetzt und welche Möglichkeiten sie mit sich bringen.

Insgesamt lässt sich festhalten: Der 3D-Druck Markt wächst stetig, das Potenzial ist sehr groß und die Materialienvielfalt steigt. Zusätzlich ist positiv, dass die Bauräume der Fertigungsanlagen immer größer werden, die Aufbauraten zur Herstellung sich stark verbessern und auch die Bedienung der Anlagen einfacher wird. Meiner Meinung nach ist das vorhandene Wissen sehr groß, jetzt geht es um die konkrete Anwendung!

Ich habe gelesen, dass Sie vor allem mittelständischen Unternehmen die Potentiale von 3D-Druckverfahren erklären und sie bezüglich möglicher Anwendungen beraten. Wie aufgeschlossen sind KMUs der Technologie gegenüber und wie groß ist das Fachwissen bezüglich additiver Fertigungsverfahren?

Das ist sehr unterschiedlich. Hauptsächlich beraten wir Kunden, die sich für diese Technologien schon sehr stark interessieren. Sie wollen aber genau wissen: Wie funktioniert 3D-Druck? Die Kunden sind oft unschlüssig, welche Technologien eingesetzt werden können, wo die genauen Potenziale liegen und ob sich die Investitionen finanziell lohnen. Die Additive Fertigung ist in erster Linie eine Fertigungstechnologie und beinhaltet viele verschiedene Fertigungsverfahren mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen.

Wir raten unseren Kunden dazu, dass sie von der Anwendung her denken und sich nicht am Anfang zu sehr auf die konkrete Fertigungstechnologie konzentrieren. Es gibt schließlich unterschiedliche geeignete Technologien für unterschiedliche Anwendungen. Wer das verstanden hat und sich dann spezifisches Fachwissen aneignet, der ist einen großen Schritt weiter.

Können Sie anhand eines Beispiels anschaulich erklären, wo ein Kunde durch Ihre Beratung und Expertise mittels additiven Fertigungsverfahren messbare Erfolge (z. B.  Zeitersparnis, Gewichtsreduktion der Bauteile, Funktionsintegration) erzielt hat?

Klar, ich gebe Ihnen gerne ein Beispiel einer unserer Erfolgsgeschichten. Ein Kunde hatte sich anfangs sehr gesträubt, bestimmte Bauteile aus Kunststoff zu fertigen. Bisher hatte er diese Bauteile konventionell aus Metall gefertigt. Durch die Umstellung auf ein additives Fertigungsverfahren mit Polymeren konnte der Kunde folgende Mehrwerte erzielen:

  • Er profitierte von einer Kostenersparnis von ca. 590 Euro pro Bauteil. Bei 10 produzierten Bauteilen sparte er somit schon ca. 6000 Euro.
  • Durch die werkzeuglose Fertigung konnte der Kunde das fertige Bauteil bereits in weniger als 24 Stunden in seinen Händen halten.
  • Durch die große gestalterische Designfreiheit war der Kunde in der Lage, in das Bauteil weitere Funktionen zu integrieren und das Bauteil zu optimieren. Diese Erfolgsgeschichte zeigt, welches Potenzial die Additive Fertigung im Hinblick auf Funktionsbauteile, Vorrichtungen und Montagehilfen bietet.

Lieber Herr Lutz, haben Sie vielen lieben Dank für dieses spannende Interview und die Einführung in die Welt der Additiven Fertigungsverfahren. Danke, dass Sie uns erklärt haben, wie der 3D-Druck funktioniert und welche Potenziale additive Fertigungsverfahren besitzen. Wir wünschen Ihnen und Ihrem Unternehmen 3D Industrie GmbH alles Gute!

Für alle, die jetzt mehr zu den Dienstleistungen der 3D Industrie GmbH und zu Herrn Lutz erfahren möchten, verlinke ich gerne die folgenden weiterführenden Webseiten:

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