Die additive Fertigung hat sich von einer reinen Prototyping-Technologie zu einem ernstzunehmenden Produktionsverfahren entwickelt. Dr. Jeffrey Graves von 3D Systems prognostiziert für 2025 besonders starke Entwicklungen in hochregulierten Branchen wie Energie, Öl und Gas sowie im Halbleiter-Anlagenbau. Für deutsche KMUs stellt sich die Frage: Wie lässt sich diese Technologie sinnvoll in bestehende Fertigungsstrukturen integrieren?

Die aktuelle Marktlage: Mehr als nur Rapid Prototyping

Nach ihrem Siegeszug durch die Entwicklungsabteilungen ist das innovative Fertigungsverfahren längst über das Rapid Prototyping hinausgewachsen. Die Hannover Messe 2024 zeigte deutlich: Additive Fertigung wird zunehmend als vollwertiges Produktionsverfahren wahrgenommen.

Die entscheidenden Treiber bleiben die Branchen Medizin, Aerospace und Automotive, doch auch traditionelle Maschinenbaubereiche entdecken das Potenzial. Besonders interessant wird es dort, wo konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen stoßen.

Materialentwicklung als Gamechanger

Im Jahr 2024 stehen wir an der Schwelle zu bahnbrechenden Innovationen, die das Potenzial dieser Technologie erweitern und die Grenzen des Machbaren verschieben. Die Materialvielfalt hat sich dramatisch erweitert – von faserverstärkten Kunststoffen bis hin zu Hochleistungsmetallen.

Praktisch zeigt sich das beispielsweise in der Automobilzulieferindustrie: Ein mittelständischer Betrieb aus Baden-Württemberg fertigt mittlerweile Kühlkanäle für Elektromotoren additiv, die mit konventionellen Verfahren schlicht nicht herstellbar wären. Die komplexe Innengeometrie sorgt für 15 Prozent bessere Kühlleistung bei 30 Prozent weniger Gewicht.

Integration in bestehende Produktionslandschaften

Hybride Fertigungsansätze: Das Beste aus beiden Welten

Die Integration additiver Verfahren muss nicht bedeuten, bestehende Anlagen zu ersetzen. Intelligenter ist oft ein hybrider Ansatz: Großes Potenzial liegt im Umfeld von Ersatzteilverfügbarkeit, innenliegenden Geometrien, komplexen Bauteilstrukturen oder geringen Stückzahlen.

Ein typisches Szenario aus der Praxis: Ein Maschinenbauer nutzt additive Fertigung für komplexe Prototypen und Kleinserien, während die Großserie weiterhin konventionell gefertigt wird. Erst bei steigenden Stückzahlen erfolgt schrittweise der Übergang – oder beide Verfahren ergänzen sich dauerhaft.

Digitaler Workflow als Grundlage

AM bezeichnet die schichtweise Herstellung von Bauteilen ausgehend von digitalen 3D-Modelldaten. Dieser rein digitale Startpunkt bietet Chancen für die Industrie 4.0-Integration, die viele Unternehmen noch nicht vollständig ausschöpfen.

Der digitale Zwilling wird hier zur Realität: Das CAD-Modell ist nicht nur Konstruktionsgrundlage, sondern direkte Fertigungsvorlage. Änderungen lassen sich ohne Werkzeugumbau sofort umsetzen – ein enormer Vorteil für kundenspezifische Produkte.

Technische Herausforderungen und Lösungsansätze

Qualitätssicherung: Vom Wildwuchs zum Standard

Die größte Hürde für viele KMUs bleibt die Qualitätssicherung. Während bei spanenden Verfahren Toleranzen und Oberflächengüten etabliert sind, herrscht bei additiven Verfahren oft noch Unsicherheit.

Hier entwickeln sich jedoch rasch Standards. Der TÜV Rheinland beispielsweise bietet mittlerweile spezielle Zertifizierungen für additive Fertigungsprozesse an. Auch die Messtechnik passt sich an: Optische Vermessungssysteme können schichtweise die Qualität überwachen – eine Art „Echtzeit-Qualitätskontrolle“ während des Druckprozesses.

Post-Processing: Der oft unterschätzte Aufwand

Ein häufiger Fehler in der Kostenkalkulation: Das Teil ist nicht fertig, wenn es aus dem Drucker kommt. Stützstrukturen müssen entfernt, Oberflächen nachbearbeitet, eventuell wärmebehandelt werden. Diese Schritte kosten Zeit und erfordern Know-how.

Besonders spannend ist hier die Automatisierung des Post-Processings. Erste Anlagen kombinieren bereits den Druckvorgang mit automatischer Nachbearbeitung – ein wichtiger Schritt zur industriellen Skalierung.

Wirtschaftliche Betrachtung: Wann rechnet sich additive Fertigung?

Break-Even-Analyse in der Praxis

Die klassische Frage „Ab welcher Stückzahl lohnt sich 3D-Druck?“ lässt sich nicht pauschal beantworten. Entscheidend sind mehrere Faktoren:

Komplexität der Geometrie: Je komplexer das Bauteil, desto früher amortisiert sich additive Fertigung. Ein einfacher Bolzen wird auch künftig günstiger gedreht. Ein Bauteil mit Hinterschneidungen und innenliegenden Kühlkanälen hingegen ist additiv oft konkurrenzlos.

Individualisierungsgrad: Bei Losgröße 1 bis 100 Stück spielt additive Fertigung ihre Stärken aus. Die fehlenden Rüstkosten kompensieren die höheren Stückkosten.

Zeitfaktor: Wenn Prototypen oder Ersatzteile schnell benötigt werden, rechtfertigt die Zeitersparnis oft höhere Kosten pro Stück.

Versteckte Kostenvorteile

Neben den direkten Fertigungskosten entstehen oft übersehene Vorteile:

• Lagerkosten: Ersatzteile müssen nicht mehr physisch gelagert werden – die digitale Datei genügt
• Designfreiheit: Bauteile können funktionsoptimiert statt fertigungsgerecht konstruiert werden
• Logistik: Dezentrale Fertigung reduziert Transportkosten

Ein Praxisbeispiel aus dem Anlagenbau: Ein Unternehmen druckt kritische Verschleißteile bei Bedarf vor Ort beim Kunden. Die Maschine steht nur wenige Stunden still, statt wochenlang auf Ersatzteile zu warten.

Materialvielfalt: Neue Möglichkeiten für etablierte Anwendungen

Metallverarbeitung gets digital

Die Extrusion faserverstärkter Polymere ist ein zentraler Bereich, doch auch im Metallbereich tut sich viel. Pulverbettverfahren ermöglichen mittlerweile die Verarbeitung von Werkzeugstählen, Titan und sogar Inconel für Hochtemperaturanwendungen.

Besonders interessant für den Maschinenbau: Maraging-Stähle lassen sich additiv verarbeiten und erreichen nach einer Wärmebehandlung Festigkeiten von über 2000 MPa. Das eröffnet völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten für hochbelastete Bauteile.

Faserverbundwerkstoffe: Leichtbau neu gedacht

Faserverstärkte Kunststoffe aus dem 3D-Drucker erreichen mittlerweile Eigenschaften, die mit traditionellem Faserverbundbau konkurrieren können. Der Vorteil: Die Faserausrichtung lässt sich lastpfadoptimiert gestalten – automatisch und ohne manuelle Drapierung.

Integration in die digitale Prozesskette

Von CAD bis ERP: Durchgängige Datenflüsse

Additive Fertigung beginnt mit der Identifizierung von Teilen in der aktuellen Produktpalette und dem damit verbunden Redesign des Produktes. Dieser Prozess sollte nicht isoliert betrachtet werden, sondern als Teil der gesamten digitalen Prozesskette.

Moderne ERP-Systeme können bereits additive Fertigungsprozesse abbilden – von der automatischen Kostenermittlung bis zur Kapazitätsplanung. Die Materialverwaltung wird digitaler: Statt physischer Lagerbestände werden Pulvermengen und Druckzeiten verwaltet.

Industrie 4.0-Anbindung

Die additive Fertigung bringt von Haus aus viele Industrie 4.0-Eigenschaften mit:

• Digitale Zwillinge als Konstruktions- und Fertigungsgrundlage
• Echtzeitdatenerfassung während des Druckprozesses
• Rückverfolgbarkeit jedes einzelnen Bauteils
• Dezentrale Fertigungsmöglichkeiten

Ein zukunftsweisender Ansatz: Additive Fertigungsanlagen, die über IoT-Schnittstellen mit dem MES kommunizieren und autonom Aufträge abarbeiten. Der menschliche Eingriff beschränkt sich auf das Be- und Entladen sowie die Qualitätskontrolle.

Häufige Fragen zur Integration additiver Fertigung

Wie finde ich geeignete Bauteile für additive Fertigung?

Beginnen Sie mit einer ABC-Analyse Ihres Teilespektrums. Besonders geeignet sind Teile mit:

• Geringen bis mittleren Stückzahlen (unter 1000 Stück/Jahr)
• Komplexer Geometrie oder innenliegenden Strukturen
• Hohem Individualisierungsgrad
• Langen Beschaffungszeiten in der konventionellen Fertigung

Welche Qualitätsstandards gelten für additive Fertigung?

Die Normungslandschaft entwickelt sich rasant. Relevant sind insbesondere:

• DIN EN ISO/ASTM 52900 (Grundlagen und Begriffe)
• VDI 3405 (Qualifizierung von Personal)
• Verschiedene branchenspezifische Standards (z.B. NADCAP für Aerospace)

Wie integriere ich additive Fertigung in bestehende Qualitätsmanagementsysteme?

Additive Verfahren erfordern teilweise neue Prüfmethoden. Die Prozessüberwachung wird wichtiger als die reine Endkontrolle. Viele QM-Systeme lassen sich jedoch erweitern, ohne komplett neu aufgesetzt werden zu müssen.

Was kostet der Einstieg?

Entry-Level-Systeme für den professionellen Einsatz beginnen bei etwa 50.000 Euro. Hinzu kommen Kosten für Material, Software, Schulungen und oft unterschätzt: die Nachbearbeitung. Realistisch sollten Sie für einen vollständigen Workflow 100.000 bis 200.000 Euro einplanen.

Welche Personalqualifikation ist nötig?

Additive Fertigung verbindet verschiedene Disziplinen. Ideal sind Mitarbeiter mit Grundkenntnissen in:

• CAD-Konstruktion
• Materialwissenschaft
• Prozessmethoden
• Qualitätssicherung

Viele Hersteller bieten spezielle Schulungsprogramme an. Auch überbetriebliche Weiterbildungsträger haben entsprechende Kurse im Programm.

Was bedeutet das für deutsche KMUs?

Die additive Fertigung steht an einem Wendepunkt. Insbesondere klein- und mittelständischen Unternehmen eröffnen sich dadurch neue Chancen. Wer jetzt strategisch vorgeht, kann sich Wettbewerbsvorteile sichern.

Handlungsempfehlungen für den Mittelstand

Nicht warten, sondern experimentieren: Beginnen Sie mit kleinen Pilotprojekten. Ein Desktop-3D-Drucker für Prototypen kostet weniger als eine CNC-Fräse und vermittelt erste Erfahrungen.

Partnerschaften eingehen: Sie müssen nicht alles selbst können. Kooperationen mit Dienstleistern, Hochschulen oder anderen Unternehmen können den Einstieg erleichtern.

Digitale Kompetenzen aufbauen: Additive Fertigung ist nur so gut wie die digitale Prozesskette. Investitionen in CAD-Software und Digitalisierung zahlen sich mehrfach aus.

Schrittweise Integration: Ersetzen Sie nicht von heute auf morgen etablierte Verfahren. Hybride Ansätze sind oft der klügere Weg.

Ausblick: Die nächsten fünf Jahre

Die Technologie wird weiter reifen. Erwartet werden:

• Deutlich höhere Druckgeschwindigkeiten
• Breiteres Materialspektrum
• Bessere Automatisierung der Nachbearbeitung
• Sinkende Systemkosten

Gleichzeitig steigt der Normungsdruck. Wer früh einsteigt, kann Standards mitprägen statt nur zu folgen. Für innovative KMUs eine Chance, auch gegen Großkonzerne zu bestehen.

Die additive Fertigung wird den Maschinenbau nicht revolutionieren – aber sie wird ihn evolutionär verändern. Unternehmen, die diese Entwicklung verschlafen, riskieren, den Anschluss zu verlieren. Wer hingegen besonnen und strategisch vorgeht, erschließt sich neue Märkte und Geschäftsmodelle.