Additive Fertigung in der Landtechnik:

3D-Druck ermöglicht leichtere und langlebigere Komponenten in mobilen Arbeitsmaschinen

Branchenexperten sind sich einig: Die Land-, Forst- und Bauwirtschaft wird innerhalb der nächsten zehn Jahre im hohen Maße von der additiven Fertigung profitieren. Sie gibt den Designern und Ingenieuren mobiler Arbeitsmaschinen bereits heute die Freiheit, Produkte zu entwickeln, die hocheffiziente und funktionale Strukturen aufweisen. Stand beim 3D-Druck bisher das Rapid Prototyping im Vordergrund, also die Herstellung von Prototypen, rückt auf der diesjährigen SYSTEMS & COMPONENTS zunehmend die Herstellung "echter" Bauteile in Serie in den Fokus. Beim Blick auf das Angebot der rund 800 ausstellenden Unternehmen zeigt sich: Immer mehr OEM erschließen sich die Potenziale des Additive Manufacturings inhouse.

Mehr Freiheiten für Design und KonstruktionDie Additive Fertigung bezeichnet dabei einen Prozess, bei dem auf der Basis digitaler Konstruktionsdaten durch das Aufschmelzen von Material

schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Das Produktionsverfahren unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen, abtragenden Fertigungsmethoden, bei dem das Werkstück beispielsweise aus einem festen Block herausgefräst wird. Mittels 3D-Druck und bionischem Design lassen sich bisher nicht herstellbare Geometrien und komplizierte Strukturen in Hohlkörpern realisieren, die zu gewichts- und leistungsoptimierten Gelenkbauteilen aus Kunststoff führen, beispielsweise für Heuwender. Sie sehen nicht nur anders aus als ihre Vorläufer, die in Metallguss hergestellt wurden: Bei gleicher Belastbarkeit bringen sie nur ein Zehntel des Gewichts auf die Waage. Um dies zu gewährleisten, legt der 3D-Drucker an den besonders beanspruchten Stellen einen dünnen Kevlarfaden ein.

Ermöglicht wird die Individualisierung durch die enge Verzahnung moderner CAD- und Simulationswerkzeuge, die in den Workflow der Land- und Baumaschinenhersteller und ihrer Zulieferer integriert sind. So können die Konstrukteure sicher sein, dass sie keine idealisierten Bauteile entwerfen, sondern Komponenten, die dem harten Bedingungen im Off-Highway-Bereich trotzen – und das heißt: Schmutz, Staub, Hitze und Stöße. Gerade beim Einsatz im Heavy-Duty-Bereich geht es darum, eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen. Aufgrund dieser besonderen Anforderungen war die Auswahl an Hochleistungskunststoffen für den 3D-Druck in der Landtechnik lange begrenzt. Bislang werden vor allem Teile für die Fahrerkabine, Klimaanlagen und Kunststoffabdeckungen per 3D-Drucker gefertigt.

Neue Materialien und verbesserte Druckmethoden

Doch diese Zeiten dürften bald vorbei sein. Die Vielfalt moderner Werkstoffe, die die Unternehmen für die verschiedenen 3D-Druckverfahren auf der SYSTEMS & COMPONENTS vorstellen, kann sich sehen lassen. Die steigenden Werkstoffvielfalt in additiven Fertigungsverfahren beflügelt auch die Ideen, welche Komponenten sich damit herstellen lassen. Hier gewinnt die Bionik mehr und mehr an Bedeutung. Sie überträgt erfolgreiche Lösungsstrategien der Natur auf technische Anwendungen. Auffällig dabei ist, dass sowohl Kunststoff-, als auch Metallfertigung rasch an Bedeutung gewinnen.

Ob Aluminium, Stahl oder Titan: Auch beim Metall-3D-Druck werden die Bauteile in dünnen Schichten additiv aufgebaut. Dafür wird Metallpulver durch einen Laser, Elektronenstrahl oder andere Hitzequellen geschmolzen. Die Werkstücke sind dank ihrer hohen Dichte stabil und verfügen über gute mechanische Eigenschaften. Selbst komplette Baugruppen inklusive beweglicher Gelenke entstehen auf diese Weise im Pulverbett beim selektivem Laserschmelzen. Derzeit wird von den Spezialisten für Metall-3D-Druck vor allem die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe und die Verbindung mit herkömmlichen Verfahren wie Fräsen, Drehen und Drucken auf einer Maschine vorangetrieben.

Ersatzteile on demand aus dem Drucker

Der Ausblick auf die SYSTEMS & COMPONENTS zeigt: Die additive Fertigung hat den Weg aus den Forschungslabors in die Prototypen- und Kleinserienfertigung geschafft. Nun folgt der nächste Schritt: Im Bereich Customer Services erwägen die Landmaschinenbauer und ihre OEM-Partner, die bereits heute moderne 3D-Druckverfahren für Kunststoffersatzteile als Produktionsmethode einsetzen, ihr Angebot auf den Druck von Metallkomponenten auszuweiten – und sie sind damit nicht allein. Auch die Zulieferer für die Baumaschinenbranche wollen die Additive Fertigung routinemäßig einsetzen, um Ersatzteile herzustellen. Dabei geht in erster Linie um Flexibilität und Kostenreduzierung. Die Herausforderung im Ersatzteilgeschäft liegt darin, die Versorgung auch für Baureihen sicherzustellen, die nicht mehr produziert werden. Mit dem 3D-Druckverfahren gehört dies der Vergangenheit an. Statt die Ersatzteile in großer Zahl herzustellen und einzulagern, lassen sie sich „auf Knopfdruck“ einzeln innerhalb von wenigen Tagen produzieren und in gleichbleibender Original-Herstellerqualität liefern. Darüber hinaus eröffnet die Herstellung individueller, explizit auf die Kundenwünsche zugeschnittener Produkte wie den OEM-Herstellern die Möglichkeit, sich am B2B-Markt zu differenzieren.

Aber auch die Wertschöpfungskette in der Landwirtschaft wird sich durch den 3D-Druck maßgeblich verändern. Durch die neuen Produktionsansätze ist es möglich, die digitale Lieferkette im Sinne von „Assisted Farming“ zu schließen, dem Leitthema der diesjährigen SYSTEMS & COMPONENTS. Der Schlüsselbegriff hierbei lautet Predictive Maintenance, denn die additive Fertigung kann als direkter Ersatzteillieferant die Wartung mobiler Arbeitsmaschinen perfektionieren, immer verbunden mit dem Ziel: Zero downtime – denn jeder ungeplante Stillstand hemmt die Produktivität.