VDI ZRE-Studie vergleicht additive Fertigung mit konventioneller Fertigung

Wie ressourcenschonend ist der industrielle 3D-Druck? Dieser Frage geht das Zentrum Ressourceneffizienz (ZRE) des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) in einer aktuellen Studie mit dem Titel „Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands: Additive Fertigungsverfahren in der industriellen Produktion“ nach. Die Antwort: Ob der 3D-Druck ressourceneffizienter als konventionelle Fertigung ist, hängt vom Produkt ab. Die Studie zeigt, wie sich der Einsatz von Ressourcen beider Verfahren vergleichen lässt.

Das Bild leitet Sie zu der vollumfänglichen Studie des VDI ZRE.

Additive Fertigung gilt als Schlüsseltechnologie der Digitalisierung. Entsprechende Verfahren gelten als schneller und kostengünstiger: unter anderem, weil weniger Ausschuss produziert wird und bei der Herstellung weniger Abfall anfällt. Deshalb wird dem 3D-Druck zukünftig eine zentrale Rolle in kleinen und mittelständischen Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes prophezeit.

Das VDI ZRE hat in einer Studie den Ressourcenverbrauch eines additiven Fertigungsverfahren mit einem konventionellen Prozess verglichen. Gegenstand der Untersuchung war eine mittelgroße Serienproduktion, wie sie derzeit für den 3D-Druck noch nicht üblich ist.Produziert wurde eine Dämpfergabel für einen Pkw. Dessen Herstellung umfasst konventionell die Produktionsschritte Gießen, Gesenkschmieden, Entgraten, Wärmebehandeln und Fräsen. Bei der additiven Fertigung kam das selektive Laserschmelzen, auch Laser Beam Melting (LBM), zum Einsatz.

Hoher und teurer elektrischer Grundverbrauch

Im betrachteten Fall zeigte sich, dass beim 3D-Druck mehr Energie, Rohstoffe, Wasser und Fläche verbraucht wurden als bei der konventionellen Produktion. Auch die Treibhausemissionen stiegen an. Zudem sind die Material- und Betriebskosten wesentlich höher. Diese Effekte seien vor allem auf den hohen elektrischen Grundverbrauch der LBM-Anlage sowie auf deren Kosten zurückzuführen, schließt der VDI aus der Studie. Darin heißt es auch, dass die Kosten durch technische Verbesserungen an der Anlage, mit denen in Zukunft fest zu rechnen sei, stark reduziert werden könnten. Hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz könne sich der Abstand zwischen konventioneller und additiver Fertigung mittelfristig verringern.

Additive Fertigung als Ergänzung

Letztendlich müsse im Einzelfall differenziert entschieden werden, wann additive und wann konventionelle Herstellungsverfahren gewählt werden, legt der VDI nahe. Im Falle der Pkw-Dämpfergabel etwa fällt die Massereduktion durch die additive Fertigung so gering aus, dass dies keinerlei Effekte auf den Treibstoffverbrauch des Autos hat. Anders sieht es in der Luft- und Raumfahrt aus: hier sind in der Nutzungsphase durch leichtere Bauteile höhere Einsparpotenziale erzielbar. Der VDI geht dementsprechend davon aus, dass metallische Werkstücke in Zukunft weder ausschließlich auf konventionellem Wege noch ausschließlich additiv gefertigt werden. Wahrscheinlich wäre stattdessen, dass die 3D-Druckverfahren die herkömmlichen Methoden ergänzen. (VDI Zentrum Ressourceneffizienz, Beitragsbild: Shutterstock)

 

Stahl erlebt eine Renaissance in der Fahrradwelt

 

Der bislang letzte Triumph für den Stahl bei der Tour de France: Miguel Indurain gewann 1994 das Etappenrennen auf einem Stahlrad. Foto: DenP Images/Creative Commons

Vor 25 Jahren gelang es dem spanischen Radrennfahrer Miguel Indurain die Tour de France des Jahres 1994 für sich zu entscheiden – als bislang letzter Athlet der Geschichte auf einem Siegerrad mit Stahlkonstruktion. Heute wird der Markt maßgeblich von Karbon-Rädern dominiert. Doch speziell in der Nische sind viele Hersteller dem traditionellen Werkstoff treu geblieben und verfolgen weiterhin die Kunst des Rahmenbaus aus Stahl.

Von Niklas Reiprich

Zwischen dem ersten Siegerfahrrad der Tour de France und dem bisher letzten aus Stahl liegen nicht nur 91 Jahre, sondern auch 9 kg Gewichtsunterschied. Trotz der immensen Fortschritte beim Fahrradbau mit Stahl begannen die Hersteller bereits in den 1980er Jahren mit anderen Materialien als Stahl zu experimentieren. Es dauerte jedoch bis Mitte der 1990er Jahre bis der erste Toursieg auf einem Aluminiumfahrrad eingefahren wurde. Die Ära der Aluminiumrahmen war aber nur von kurzer Dauer. Bereits 1999 fuhr Lance Armstrong auf einem Vollkarbonrahmen zum Gesamtsieg. Auch wenn Armstrong im Nachhinein aufgrund von Dopingvergehen nicht mehr in den Siegerlisten geführt wird, war dies der Startschuss für den Siegeszug der Karbonfahrräder – nicht nur im Rennsport. Maßgeblich für diese Entwicklung sind die Vorteile des Werkstoffes Karbon, denn dieser ist führend in der Steifigkeits-Gewichtsrelation. Insbesondere bei der Verwindungssteifigkeit kann zumindest flexibler Stahl mit Karbon kaum mithalten.

 

Maurice Garin, Gewinner der ersten Tour de France im Jahr 1903 mit seinem 18 kg schwerem Stahlrad. Foto: Jules Beau [Public domain]

Max von Senger entwirft in Berlin unter der Marke „Standert“ Rennräder mit Rahmen aus Stahl. Foto: Standert

Beim Berliner Radhändler „Standert“ wird auch heute noch auf traditionelle Stahlrahmen gesetzt. Foto: Standert

Modernes Comeback

Einige Fahrradhersteller blieben dem scheinbar veraltetem Werkstoff Stahl treu oder entdeckten ihn wieder. Stahl kann im Fahrradbau durchaus einige Pluspunkte für sich verbuchen, Robustheit und unkomplizierte Verarbeitung sind hier zu nennen. Um die hochwertigen Eigenschaften von Stahl weiß auch Max von Senger, Gründer des seit 2012 in Berlin bestehenden Rennradhandels „Standert“. Für ihn besteht kein Grund zur Materialdiskussion …

Den vollständigen Artikel über die Renaissance des Stahls im Fahrradbau lesen Sie in der August-Ausgabe von stahl und eisen.

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