Die VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH in Berlin hat in einer Studie den Ressourcenverbrauch eines additiven Fertigungsverfahrens mit einem konventionellen Fertigungsverfahren verglichen. Bei der Studie mit dem Titel „Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands – Additive Fertigungsverfahren in der industriellen Produktion“ wurde am Beispiel einer Dämpfergabel für einen Pkw eine mittelgroße Serienproduktion (10.000 Stück jährlich) untersucht, wie sie derzeit für den 3D-Druck noch nicht üblich ist.
Zunächst wurde die Struktur des additiv zu fertigenden Bauteils optimiert. So ließ sich das Volumen des Bauteils reduzieren und der Materialverbrauch verringern. Bei der konventionellen Fertigung besteht diese aus einer gesenkgeschmiedeten Aluminium-Gusslegierung und wiegt 1,3 kg. Die konventionelle Herstellung umfasst die Produktionsschritte Gießen, Gesenkschmieden, Entgraten, Wärmebehandeln und Fräsen. Bei der additiven Fertigung kam das Laser Beam Melting (LBM) zum Einsatz. Bei diesem selektiven Laserschmelzen wurden zwei verschiedene Aluminiumpulver lokal (Scalmalloy AlMg4.5Sc0.7Zr0.3 und AlSi10Mg) geschmolzen und Schicht für Schicht auf einer Grundplatte aufgebracht. Zur Datenerhebung für die ökologische und ökonomische Bewertung wurde das strukturoptimierte Bauteil in einer LBM-Anlage des Typs EOS M 400 her-gestellt.
Im betrachteten Fall zeigte sich, dass beim 3D-Druck mehr Energie, mehr Rohstoffe, mehr Wasser und mehr Fläche verbraucht wurden als bei der konventionellen Produktion. Auch die Treibhausgasemissionen steigen an. Zudem sind die Material- und Betriebskosten wesentlich höher. Diese Effekte sind vor allem auf den hohen elektrischen Grundverbrauch der LBM-Anlage sowie auf deren Pulver- und Wartungskosten zurückzuführen. Technische Verbesserungen an der LBM-Anlage, mit denen in Zukunft fest zu rechnen ist, werden die Umweltauswirkungen und die Kosten stark reduzieren. Der Abstand zwischen konventioneller und additiver Fertigung wird sich hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz mittelfristig verringern.
Additive als Ergänzung zur konventionellen Fertigung
Die additive Fertigung (AM), beziehungsweise der 3D-Druck, zeichnet sich durch die schichtweise Generierung von Strukturen aus und ist eine Schlüsseltechnologie der Digitalisierung (Industrie 4.0). Aktuell stehen die sogenannten 3D-Druckverfahren an der Schwelle zur Fertigung von kleinen und mittleren Serien. Künftig werden sie für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) des verarbeitenden Gewerbes eine zentrale Rolle spielen.
Die Studie zeigt, dass im Einzelfall sehr genau abzuwägen ist, wann additive und wann konventionelle Herstellungsverfahren gewählt werden. Im Falle der Pkw-Dämpfergabel fällt die Massereduktion durch die additive Fertigung so gering aus, dass dies keinerlei Effekte auf den Treibstoffverbrauch des Autos haben wird. Anders sieht es in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik oder für bionische Produktkonzepte aus: Hier sind in der Nutzungsphase durch leichtere Bauteile höhere Einsparpotenziale erzielbar. Metallische Werkstücke werden in Zukunft sehr wahrscheinlich weder ausschließlich auf konventionellem Wege noch ausschließlich additiv gefertigt. Stattdessen werden die 3D-Druckverfahren die herkömmlichen Methoden ergänzen. eve
Die Studie: hier.pro/qrvip
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