Ist DMLS für die Großserienproduktion geeignet?

Aus fertigungstechnischer und ingenieurtechnischer Sicht ist DMLS zwar eine bahnbrechende Technologie zur Herstellung komplexer, hochwertiger Bauteile, jedoch in der Regel nicht die primäre Wahl für die Großserienfertigung im traditionellen Sinne. Seine wirtschaftliche und logistische Rentabilität nimmt ab, wenn es direkt mit Hochvolumenverfahren wie Massenproduktion durch Spritzguss, Druckguss oder Stanzen verglichen wird. Dennoch eignet sich DMLS hervorragend für die Mass Customization (Massenanpassung) und die Herstellung von komplexen Bauteilen in niedrigen bis mittleren Stückzahlen. In einem großserientauglichen Produktionskontext spielt DMLS oft eine ergänzende und nicht die zentrale Rolle.

Herausforderungen von DMLS für die Massenproduktion

• Durchsatz und Bauzeit: DMLS ist ein sequentieller Schicht-für-Schicht-Prozess. Der Aufbau einer kompletten Bauplattform kann viele Stunden dauern, und die Maschinenkosten sind hoch. Die Kennzahl „Teile pro Stunde“ kann mit den „Teilen pro Minute“, die beim Spritzguss oder Gießen erreicht werden, nicht konkurrieren.

• Stückkosten-Ökonomie: Die Kombination aus teurem Metallpulver, hoher Maschinenabschreibung, erheblichem Energieverbrauch und umfangreicher Nachbearbeitung führt zu hohen Stückkosten. Dies ist schwer zu rechtfertigen für einfache Komponenten, die zu einem Bruchteil der Kosten gestanzt werden können.

• Nachbearbeitungs-Engpass: DMLS-Teile erfordern arbeits- und zeitintensive Nachbearbeitung, einschließlich Wärmebehandlung, Stützstrukturentfernung und häufig CNC-Bearbeitung für kritische Merkmale. Dies auf Zehntausende identische Teile zu skalieren, schafft enorme logistische und wirtschaftliche Herausforderungen.

• Konsistenz und Qualifizierung: Während einzelne DMLS-Teile für kritische Anwendungen (z. B. in der Luft- und Raumfahrt) zertifiziert werden können, erfordert die Aufrechterhaltung absoluter Konsistenz über Millionen von Teilen hinweg eine enorme Prozesskontrolle – weitaus komplexer als bei hochreproduzierbaren Gieß- oder Spritzgussverfahren.

Wo DMLS in Produktionsumgebungen glänzt

Trotz dieser Herausforderungen hat DMLS eine entscheidende und wachsende Nische in der modernen Fertigung geschaffen und effektiv ein neues Paradigma der „Produktion“ etabliert.

• Niedrigvolumige, hochwertige Produktion: Für Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Hochleistungs-Automobilbau, bei denen Produktionsmengen im Hunderter- oder Tausenderbereich liegen und die Bauteilkomplexität hoch ist, ist DMLS äußerst rentabel. Dies wird oft als Kleinserienfertigung bezeichnet.

• Mass Customization (Massenanpassung): Dies ist das stärkste Anwendungsgebiet von DMLS. Die Herstellung personalisierter medizinischer Implantate, individueller chirurgischer Schablonen oder maßgeschneiderter Konsumgüter ist die Domäne, in der DMLS seine Stärken voll ausspielt. Jedes Teil kann individuell angepasst werden, ohne dass teure Werkzeugänderungen erforderlich sind – so wird Einzelfertigung in großem Maßstab wirtschaftlich machbar.

• Komplexität ist kostenlos: DMLS ist ideal für die Herstellung von Teilen mit internen Kanälen (konforme Kühlung), leichten Gitterstrukturen und integrierten Baugruppen. Wenn die Funktionalität eines Bauteils auf solcher Komplexität beruht, ist DMLS oft die einzige praktikable Produktionsmethode – unabhängig vom Volumen.

• Brückenproduktion und Rapid Tooling: DMLS eignet sich hervorragend für funktionsfähige Prototypen und Übergangsproduktionen, während dauerhafte Werkzeuge für den Spritzguss oder Rapid Molding hergestellt werden. Es kann auch zur Herstellung von konform gekühlten Formeinsätzen verwendet werden, die die Zykluszeit und Qualität traditioneller Massenproduktionsprozesse erheblich verbessern.

Die hybride Zukunft und alternative AM-Technologien

Die Zukunft der additiven Fertigung im großen Maßstab liegt nicht zwangsläufig ausschließlich in DMLS für alle Anwendungen.

• Hybride Fertigung: Ein realistischeres Modell für größere Serien ist die Kombination von DMLS mit konventioneller Fertigung. Beispielsweise kann ein gegossenes oder geschmiedetes Teil komplexe DMLS-Strukturen hinzugefügt bekommen, wodurch die Kosteneffizienz des Gießens mit der Designfreiheit des 3D-Drucks kombiniert wird.

• Hochdurchsatz-AM-Technologien: Für größere Produktionsmengen von Metallteilen gewinnen Technologien wie Binder Jetting an Bedeutung. Diese bieten deutlich schnellere Druckgeschwindigkeiten und geringere Stückkosten, erfordern jedoch zusätzliche Schritte wie Sintern und Infiltration und erreichen oft nicht die Materialeigenschaften von DMLS.

Ingenieurentscheidungsmatrix: Ist DMLS für die Produktion geeignet?