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Experteninterview: 3DEO-Präsident Matt Sand über die Einführung des 3D-Metalldrucks in die Massenproduktion 

Matt Sand, Präsident der 3DEO
Matt Sand, Präsident der 3DEO

Wenn es um den 3D-Metalldruck geht, ist es für die überwiegende Mehrheit vieler Unternehmen das Höchste eine Massenproduktion zu erreichen. 3DEO, eine Metall-3D-Druckerei, die 2016 gegründet wurde, behauptet, dies dank der patentierten Intelligent Layering-Technologie erreicht zu haben. 
 
Durch seinen additiven Herstellungsprozess ist das in LA ansässige Unternehmen in der Lage, eine hochvolumige, wiederholbare und automatisierte Produktion für 3D-gedruckte Metallteile zu erreichen. Diese Woche freuen wir uns, mit 3DEO-Präsident Matt Sand über die Vorteile seiner Technologie und darüber zu sprechen, welche Kostenvorteile der 3D-Metalldruck im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung bringen kann. 
 

Berichten Sie doch bitte etwas mehr über 3DEO erzählen?

3DEO hat eine neuartige Metall-3D-Drucktechnologie namens Intelligent Layering erfunden, die auf dem Ausstoßen von Bindemitteln basiert. Zwei der Mitbegründer von 3DEO, Matt Petros und Payman Toabi, haben ihre Doktorarbeit über die ähnliche Binder-Jetting Technologie abgeschlossen. Sie sind also mit dieser Technologie bestens vertraut und wissen viel über ihre technischen Vor- und Nachteile. 
 
Nach dem Abschluss erfand das Team eine völlig neuartige Technologie, Intelligent Layer. Die firmeneigene Technologie wurde speziell für die Massenproduktion entwickelt, was bedeutet, dass sie durch seine kostengünstigere Struktur in hohem Maße reproduzierbar ist. 
 
Die von uns erfundene Technologie erreicht diese Ziele. Intelligent Layering ist gleich wie das Spritzen von Bindemitteln eine „Binde- und Sintertechnologie“. Die Art und Weise, wie 3DEO seine Teile im Druckprozess bindet, ist jedoch sehr unterschiedlich. Im Gegensatz zu 3D-Tintenstrahldruckern verwenden unsere Geräte ein proprietäres Sprühsystem. Da unsere 3D-Drucker keine Inkjet-Düsen verwenden, haben wir keine der Einschränkungen, die Inkjet-Prozesse aufweisen, und wir haben auch viel Freiheit, wenn es um die Abscheidung des Bindemittels geht.
 

Wie funktioniert der Intelligent Layering-Prozess von 3DEO? 

Der additive Prozess von 3DEO basiert auf drei Schritten.
 

Der Prozess hinter der Intelligent Layering®-Technologie von 3DEO (Bildquelle: 3DEO Inc.)
Der Prozess hinter der Intelligent Layering®-Technologie von 3DEO (Bildquelle: 3DEO Inc.)

 
Zunächst wird eine dünne Schicht MIM-Metallpulver (Standard Metal Injection Moulding) aufgetragen. Dann wird über die gesamte Schicht ein Bindemittel gesprüht. Schließlich wird ein CNC-Fräser verwendet, um die Form des Teils bei jeder Schicht genau zu definieren.
 
Wir verwenden diesen schichtweisen Fräsprozess, um die Toleranzen eines Teils zu überprüfen. Soweit ich weiß, haben wir die beste Maßtoleranz aller additiven Fertigungsverfahren. Derzeit drucken wir mit Toleranzen von +/- 0,002 Zoll pro Zoll (+/- 50 Mikrometer). Mit der nächsten Generation unserer Hardware können wir noch engere Toleranzen erreichen.
 
Ein weiterer aufregender Vorteil unseres Prozesses, der uns hilft, zur Produktion zu gelangen, ist die Wiederholbarkeit. Unsere Technologie weist keine nachteiligen Prozesse auf, sodass dass das zehntausendste 3D-gedruckte Teil genauso aussieht wie das erste. 
 
Sobald wir verstehen, wie man ein Bauteil herstellt und mit den verschiedenen Variablen, wie z. B. dem Schwund, umgeht, der mit Massen-Sinterprozessen verbunden ist, ist unser Prozess extrem robust und wiederholbar. 
 
Schließlich sind wir auf dem besten Weg, unsere Produktionslinie vollständig zu automatisieren. Manuelle Arbeit ist einer der größten Kostentreiber in der additiven Fertigung. Wenn Sie jedoch über eine vollautomatische Produktionslinie verfügen, wo keine manuelle Arbeit mehr erforderlich ist, wie z. B. um Teile von der Bauplatte abzuschneiden, können Sie eine vollständige Linie einrichten, die die Teile nur so auswirft. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kostenstruktur im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung sehr wettbewerbsfähig. 
 
Und genau das machen wir jetzt. Bei kleinen, komplexen Edelstahlteilen ist unsere Kostenstruktur derzeit mit der traditionellen Fertigung konkurrenzfähig. Wir haben eine Reihe von Kundenaufträgen die in den Zehntausenden von Teilen liegen. Vor wenigen Wochen haben wir mit der Produktion unseres größten Auftrags von über 28.000 Teilen begonnen.
 
Ich glaube, wir produzieren die hochvolumigsten Metalladditiv-Fertigungsprozesse auf dem Markt. Nächstes Jahr um diese Zeit nehmen wir hoffentlich Bestellungen über  Hunderttausende von Teilen entgegen. 
 

Wie hat es 3DEO geschafft, den Produktionsprozess zu automatisieren? 

Wenn Sie einen 3D-Drucker von der Stange kaufen, haben Sie nicht annähernd die Flexibilität, die wir bei unseren Maschinen haben. Da wir die Technologie erfunden haben, haben wir Root-Zugriff auf alle Software- und Hardwareanwendungen und Materialien. Durch den Besitz der Technologie haben wir die nötige Flexibilität, eine Automatisierungslösung zu implementieren. 
 

War die Entscheidung, Ihre Drucker nicht zu verkaufen, ein bewusster strategischer Ansatz? Wird sich das in Zukunft jemals ändern? 

Ja, das war definitiv beabsichtigt. Wenn Sie hochwertige Endbenutzerkomponenten benötigen, ist der Drucker nur ein Teil des gesamten Prozesses. Ich würde sogar so weit gehen zu sagen, dass es nur 15% bis 20% der gesamten Prozessanforderungen sind, um Komponenten für den Endverbrauch herzustellen. 
 
Von dieser Perspektive aus betrachtet können Sie sofort erkennen, dass der Verkauf von 3D-Druckern nicht wirklich die Antwort ist. Sie müssen nicht nur den Drucker besitzen, sondern auch den gesamten Prozess, zumindest aus unserer Sicht. Zum jetzigen Zeitpunkt haben wir keine Pläne, unsere Maschinen zu verkaufen. 
 

Aus welchen Branchen sehen Sie derzeit die größte Nachfrage nach Ihrer Technologie? 

Der Vorteil einer Technologie zur Herstellung kleiner und komplexer Teile besteht darin, dass sie auf viele verschiedene Branchen anwendbar. Luftfahrt-, Medizin- und Industrieausrüstung – wir haben viele Kunden in all diesen Geschäftsbereichen. 

 

Nennen Sie einige der Vorteile des 3D-Metalldrucks? 

3DEO ist auf den 3D-Druck kleiner und komplexer Metallbauteile spezialisiert (Bildquelle: 3DEO Inc.)
3DEO ist auf den 3D-Druck kleiner und komplexer Metallbauteile spezialisiert (Bildquelle: 3DEO Inc.)

 
Wir vergleichen unsere Technologie gerne mit MIM, weil wir Teile zu ähnlichen Kosten und in ähnlicher Qualität (wenn nicht sogar in höherer Qualität) herstellen können. MIM-Teile sind zum Beispiel in der Regel zu 96-97% dicht, 3DEO-Teile jedoch zu über 99%. 
 
Bei der Verwendung von MIM können Hersteller bis zu sechsstellige Beträge für Werkzeuge wie Formen und Matrizen ausgeben. Die Herstellung dieser Werkzeuge dauert 4-6 Monate. Ich habe einmal einen Kunden gefragt, wie oft er gleich beim ersten Mal die richtige Form erhalten hat, und die Antwort lautete „fast nie“. Dies bedeutet, dass Sie einige Monate damit verbringen müssen, die Form zu überarbeiten – und all dies geschieht, bevor Sie Ihr erstes Teil erhalten. 
 
Vergleichsweise dazu beträgt die Vorlaufzeit im 3D-Druck durchschnittlich ein bis zwei Wochen, und wir können dann ein Teil herstellen, das aus Qualitätssicht mindestens genauso gut ist wie MIM, denselben Preis hat, dem Kunden jedoch die ultimative Gestaltungsfreiheit bietet. 
 
Ein weiterer Vorteil ist, dass wir die Maschine, auf der der Prototyp hergestellt wird, auch für die Herstellung des Produktionsteils verwenden. Dies hat einige Vorteile. Normalerweise verwenden Sie beim Prototyping eine andere Technologie als in der Produktion. Wenn Sie also Funktionstests durchführen, müssen Sie den Prozess erneut qualifizieren, um sicherzustellen, dass er das gleiche (oder ein besseres) Leistungsniveau wie die Prototypen erreicht. 
 
Wenn ich von der CNC-Bearbeitung zu MIM komme, muss ich die gesamte Requalifizierung durchführen. Mit AM verwenden Sie für das Prototyping und die Produktion dieselbe Technologie, sodass keine Neuqualifizierung erforderlich ist. 
 

Welche weitere Rolle sehen Sie neben der traditionellen Fertigung beim 3D-Druck? 

Es gibt einige Hauptkategorien, in die der 3D-Druck bestens passt. Die erste Kategorie sind Teile, die speziell für Additive entwickelt wurden. In dieser Situation können diese Teile auf keinen Fall durch herkömmliche Herstellung hergestellt werden.
 
Es gibt eine Menge großartiger Arbeiten von GE im Bereich Design für additive Fertigung. Sie produzieren eine Menge Düsentriebwerksteile, Wärmeaustauscher – ziemlich exotische Dinge, die additiv hergestellt werden.
 
Die zweite Kategorie sind kleine, sehr komplexe Teile. Diese Teile können mit traditioneller Herstellung hergestellt werden, aber der Stückpreis ist sehr teuer. Aus diesem Grund würde die additive Fertigung preislich konkurrieren können. 
 
Wenn Sie sich zum Beispiel Stanztechnologien ansehen, können Sie nach der Investition in das Werkzeug die Teile für nur ein paar Cent erhalten. Die additive Fertigung wird damit niemals konkurrieren können. Wenn Sie sich jedoch Feinguss, CNC-Bearbeitung und Metallspritzguss ansehen, sind dies die drei Hauptprozesse, mit denen sehr komplexe Teile hergestellt werden. 
 
Angesichts kleiner, komplexer Teile, die bei geringeren Stückzahlen benötigt werden – wir sprechen hier von 50.000 Stück oder weniger – wird die additive Fertigung einen großen Teil dieses Marktes einnehmen.  
 

3DEO hat angekündigt, die Produktionskapazität zu erhöhen und neue Maschinen einführen zu wollen. Können Sie uns sagen, was dies für die Zukunft des Unternehmens bedeutet?

Sie würden keine Kapazität hinzufügen, wenn die Technologie nicht ausgereift genug ist. Wir sind jedoch zuversichtlich genug in unsere Technologie und insbesondere in die Hardware der nächsten Generation, die wir derzeit implementieren, um sagen zu können, dass wir bereit sind, viel mehr Kapazität hinzuzufügen. Bis zum Ende des Jahres werden unsere Kapazitäten 20.000 Stück pro Tag betragen.
 
Um dies in die richtige Perspektive zu rücken: Wenn Sie sich einige der anderen additiven Prozesse wie das Laserschmelzen ansehen, können diese nur sehr kleine Chargen produzieren, möglicherweise 200 bis 300 Stück pro Tag. 
 

Wie sehen Sie die Entwicklung der additiven Fertigung in den nächsten fünf Jahren?

Es ist aufregend zu sehen, wie AM sich entfaltet hat. Heute ist in aller Munde, dass AM in Produktion geht. Im Jahre 2012-2013 hatten wir einen Hype, der alle darauf aufmerksam machte, aber die Technologie war noch nicht bereit dazu. 
 
Aber heute kommen die Technologie, die Qualität und die Gesamtinvestitionen in Forschung und Entwicklung sowie in die Prozesse endlich zusammen und wir werden viel mehr Produktionsanwendungen durch 3D-Druck sehen. 
 
Im 3D-Metalldruck gibt es viele verschiedene Technologien und es gibt Platz für alle. Wir sehen die erstaunlichen Komponenten für Düsentriebwerke, die Unternehmen wie GE mit Lasersintern herstellen. 3DEO würde niemals solche großen Teile herstellen – wir konzentrieren uns wirklich auf Teile mit einer Würfelgröße von einem Zoll oder kleiner. Aber es ist großartig zu sehen, wie Metall AM reift und wirklich zur Geltung kommt. 
 

Was ist die größte Herausforderung, die die Branche noch zu bewältigen hat?

Die größte Herausforderung ist die Qualitätssicherung. Wenn Sie sich mit CNC-Bearbeitung, MIM oder Gießen beschäftigen, sind diese Prozesse sehr gut bekannt. Andererseits bietet AM eine neuartige Möglichkeit zur Herstellung von Metallteilen, sodass die Qualität ungewiss ist. Entscheidend ist dann, dass entsprechende Qualitätsprozesse vorhanden sind, um sicherzustellen, dass Sie dem Kunden qualitativ hochwertige Teile liefern.
 

Was hält 2019 für 3DEO bereit? 

Wir konzentrieren uns zur Zeit wirklich auf unsere erste Fabrikationsanlage. Wir haben eine Kapazität von 13.000 Quadratmetern mit einem Aufstellbereich für bis zu 50 Maschinen. Wir gehen davon aus, dass die Fertigung bis zum Jahresende so weit wie möglich automatisiert sein wird. Wir planen, täglich Zehntausende von Stücken herzustellen. Dies schafft die Voraussetzung für eine massive Expansion für das nächste Jahr. Hoffentlich werden wir bald in Westeuropa expandieren können, was für uns ein besonders interessanter Markt ist. 
 
Wenn Sie mehr über 3DEO erfahren möchten, besuchen Sie: www.3deo.co