Additive Fertigung: Designfreiheit

Egal, ob wir über additive Fertigung oder 3D-Druck sprechen, das Konzept ist dasselbe: Es bezieht sich auf eine Reihe von Prozessen, bei denen ein Teil Schicht für Schicht durch Materialhinzufügen aufgebaut wird, anstatt es wie bei der traditionellen Bearbeitung zu entfernen. Dieser Ansatz verändert die industriellen Produktionsmuster grundlegend.

Die Grundlagen dieser Technologie reichen bis in die frühen 1980er Jahre zurück, mit der Arbeit von Dr. Hideo Kodama in Japan, der den Grundstein für die Layer-by-Layer-Fertigung legte, gefolgt von der Erfindung der Stereolithographie (SLA) durch den Amerikaner Chuck Hull, der ersten Technologie, die digitale Dateien mithilfe eines UV-empfindlichen Harzes in feste Objekte umwandeln konnte.

Die konkreten Vorteile des 3D-Drucks für die Industrie

Mit dem technologischen Fortschritt haben sich viele Erfolge aufeinandergesetzt:

• die ersten Metallkomponenten, die direkt aus digitalen Dateien ohne Formen hergestellt wurden (1994 in Deutschland)
• die erste künstliche Niere (2002 in den Vereinigten Staaten)
• das erste funktionsfähige Flugzeug (2011 in England)
• das erste bewohnbare 3D-gedruckte Haus (2018 in Frankreich)
• …

Für die Industrie sind die Vorteile dieser nun weit zugänglichen Technologie greifbar. Additive Fertigung ebnet den Weg für neue Geometrien, leichtere Materialien und Strukturen sowie fortschrittlichere Funktionalisierung. "Additive Fertigung ermöglicht es, optimierte Bauteile auf Abruf herzustellen, während Entwicklungszeit und Lieferkettenprobleme begrenzt werden", sagt Maxime Delmée, Gründer und CEO von AM4AM (Advanced Materials for Additive Manufacturing), einem Unternehmen, das sich auf die Entwicklung modernster Metallpulver für die additive Fertigung spezialisiert hat.

Unter den Metalltechnologien ist das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)-Verfahren der Maßstab für eine Vielzahl von Anwendungsfällen mit großen Bauteilen. Es verwendet ein Plasma in Form eines elektrischen Lichtbogens, um einen Metalldraht zu schmelzen und das metallische Material abzulagern. Dies ist der Prozess, auf dem Prisma, die kollaborative und multiprozessorientierte Plattform der technologischen Forschungsdirektion der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA), basiert und den die Delegation luxemburgischer Industrieller während der grenzüberschreitenden DIH-Tour Ende April 2026 besuchte.

Prisma: Plattform für additive Fertigung (AM) durch Energiedeposition der CEA-Direktion für Technologische Forschung (DRT)

Prisma wurde 2024 eingeführt und ist eine additive Metallfertigungsplattform mit Energieabscheidung und befindet sich an der Schnittstelle industrieller Bedürfnisse und technologischer Entwicklungen. Es ist Teil einer Flotte von etwa zehn CEA-Plattformen, die sich auf additive Fertigungsprozesse und -materialien spezialisiert haben.

Seine Einzigartigkeit liegt in der End-to-End-digitalen Kette, einschließlich des digitalen Zwillings der Plattform. Prisma kombiniert zwei Roboter: Der erste nutzt das Lichtbogendrahtverfahren (WAAM) zur Herstellung großer Metallteile, der zweite stellt Teile her und fertigt sie aus oder bettet Sensoren für Prozessüberwachung oder Qualitätskontrolle ein.

"Metallteile, die mit AM hergestellt werden, können von Zahnkronen über Bootspropellerblätter, Formeinsätze bis hin zu Komponenten für gepanzerte Fahrzeuge reichen", erklärt Dr. Anaïs Baumard, Betriebsleiterin der CEA-Plattform Prisma AM. "Als Beispiele für Anwendungen mit dem WAAM-Verfahren können wir Airbus nennen, das Verstärkungen an Titanteilen aufgetragen hat, und die Ariane Group, die erwägt, mit diesem Verfahren Spindeldüsenverstärkungen herzustellen.

Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung einzigartiger Bauteile, die ebenfalls von topologischer Optimierung profitiert haben könnten, also einer Berechnungsmethode, die es ermöglicht, die Form des Bauteils in der Natur entsprechend den Einschränkungen vorherzusagen, denen es unterliegt. "Es reduziert auch Materialverluste und erleichtert die letzten Teile."

Echtzeit-Qualitätskontrolle

Neben der "à-la-carte"-Produktion, die mehrere Optionen (Fertigung, Bearbeitung, Überwachung und/oder Steuerung) bietet, unterstützt von einer Anlage mit sechzehn Freiheitsgraden, entwickelt die Plattform einen weiteren wichtigen Vorteil: die Echtzeit-Qualitätskontrolle der Teile. "Durch die Kombination digitaler Simulation und Online-Instrumentierung zielt die Plattform darauf ab, Fehler sofort zu erkennen, sobald sie auftreten. Die Idee ist, die Entscheidungsfindung während der Fertigung zu unterstützen, wenn ein Defekt festgestellt wird: die Fertigung fortzusetzen, sie zu unterbrechen oder weiterzumachen, nachdem der Defekt (Position, Art, Größe) für die aufgeschobene Verarbeitung identifiziert wurde."

Mehrere Daten werden ständig auf der Plattform generiert (experimentell und digital), von denen die meisten in Echtzeit abgerufen werden. Je nach Fertigungsbedarf können verschiedene Sensoren verwendet werden. Die Zusammensetzung der für die additive Herstellung verwendeten Legierung kann beispielsweise mittels Röntgenfluoreszenz gemessen werden, was es ermöglicht, die Verdunstung bestimmter Bauteile während der Herstellung zu bewerten.

Die CEA gestaltet Prisma als einen kollaborativen Arbeitsbereich, der interessierten Industriepartnern wie Landtransport, Luftfahrt, Energie sowie Marine- und Verteidigungssektoren offensteht. Die Teams bieten Unterstützung bei der Einführung des Prozesses in ihrer Produktionslinie sowie bei Wiederbeladungstests von Teilen, also der Hinzufügung von Material zur Reparatur bestehender Bauteile.

"Dieser Besuch hat meine Ansicht bestätigt, dass die Entwicklung der Industrie digitale Werkzeuge wie digitale Zwillinge einbeziehen wird, um empirische Entwicklungsphasen zu begrenzen und die Umsetzung neuer Lösungen zu beschleunigen", merkt Maxime Delmée an.

Unterstützung durch den Luxemburger Digital Innovation Hub

Auf Initiative des Luxemburger Digital Innovation Hub (L-DIH) nahm eine Delegation von etwa fünfzehn luxemburgischen Industriellen an der Ausgabe 2026 der L-DIH Crossborder Tour teil, einem strukturierten Eintauchen im Herzen europäischer Innovation. Von CEA-List in Saclay bis zur internationalen Fachmesse Global Industrie, der größten Branchenveranstaltung Frankreichs, konnten die Teilnehmer europäische Best Practices aus erster Hand erleben und die Schlüssel zur Verfeinerung ihrer digitalen Strategie gewinnen.

Sie konnten ein besseres Verständnis europäischer Innovationsunterstützungsprogramme entwickeln und entdecken, wie man technologische Lösungen an ihre Bedürfnisse testen, bewerten und integrieren kann. "Nach diesem Besuch haben wir über die Möglichkeit nachgedacht, unsere Pulvermaterialien in Draht für die von der CEA verwendeten WAAM-Drucker umzuwandeln. Es gibt noch keine konkreten Maßnahmen zu diesem Thema, aber wenn wir uns entscheiden, es zu tun, wissen wir direkt, wen wir kontaktieren müssen", sagt Herr Delmée.

Dieses Zeugnis verdeutlicht konkret die Relevanz der Mission von L-DIH für Unternehmen. "Da KMU sehr beschäftigt sind und wenig Zeit haben, nutzt L-DIH Veranstaltungen wie diese grenzüberschreitende Tour, um das Bewusstsein für Innovationen zu schärfen, die für sie relevant sind", erklärt Mickael Desloges, Senior Advisor – Bewertungen und Roadmaps bei Luxinnovation.

Anschließend ist es möglich, in einem nächsten Schritt Unternehmen zu den entsprechenden nationalen und europäischen Hilfsmechanismen zu führen.

Handeln Sie mit L-DIH

Das Luxemburger Digital Innovation Hub (L-DIH) unterstützt Industrieunternehmen bei ihrer digitalen Transformation:

• Bewertung Ihrer digitalen Reife
• Identifikation nationaler und europäischer Hilfen
• Verbindung zu Technologieexperten und Plattformen

Kontaktieren Sie L-DIH, um Ihre digitale Roadmap über das Kontaktformular zu besprechen.