Fehlende Ersatzteile als Reparaturhindernis
In vielen Fällen sind nur einzelne Komponenten eines Produkts defekt. Dennoch scheitern Reparaturen häufig daran, dass Ersatzteile nicht lieferbar sind oder das Produktdesign eine Instandsetzung erschwert. Dies führt dazu, dass funktionstüchtige Produkte vorzeitig aus dem Nutzungskreislauf ausscheiden, was sowohl ökonomische als auch ökologische Auswirkungen hat.
Anwendungsfall aus dem Fahrradhandel
Im untersuchten Praxisbeispiel wird ein defektes Zahnrad im Antriebsmotor eines älteren Pedelecs identifiziert. Obwohl das übrige System intakt ist, kann das Fahrzeug ohne dieses Bauteil nicht weiter genutzt werden. Da das Originalersatzteil nicht mehr verfügbar ist, wird die Nachproduktion mittels 3D-Druck als Alternative betrachtet.
Additive Fertigung als Alternative
Beim 3D-Druck werden Bauteile auf Basis digitaler Modelle schichtweise aufgebaut. Dabei unterscheidet sich dieses Verfahren grundlegend vom Spritzguss, bei dem Material in eine Form eingebracht wird. Daraus ergeben sich abweichende Anforderungen an Konstruktion und Design der Bauteile.
Funktions- und fertigungsgerechtes Design
Für die Nachfertigung wird zwischen funktionsrelevanten und fertigungsrelevanten Merkmalen unterschieden. Funktionsrelevante Merkmale sichern die technische Leistungsfähigkeit eines Bauteils, während fertigungsspezifische Eigenschaften vom jeweiligen Herstellungsverfahren abhängen. Bei der Übertragung vom Spritzguss auf den 3D-Druck müssen diese Merkmale angepasst werden, um ein funktionales Ergebnis zu gewährleisten.
Übersetzungskatalog für Konstruktionsmerkmale
Zur systematischen Anpassung entwickeln die Forschenden einen Übersetzungskatalog. Dieser bündelt konstruktive Anforderungen und beschreibt, wie sich Bauteilgeometrien für unterschiedliche Fertigungsverfahren übertragen lassen. Die Datengrundlage entsteht durch Literaturrecherche, Herstellerinformationen sowie eigene Versuchsreihen und Testbauteile.
Perspektiven für Werkstätten und Mittelstand
Ziel ist es, die Nachproduktion von Ersatzteilen mit 3D-Druck für Reparaturen auch in kleinen und mittleren Unternehmen praktikabel zu machen. In einem möglichen Anwendungsprozess wird ein defektes Bauteil gescannt, digital analysiert und für den Druck angepasst. Auf dieser Basis kann ein neues Bauteil gefertigt und in der Werkstatt eingesetzt werden.
Beitrag zur Kreislaufwirtschaft
Die Nachfertigung von Ersatzteilen mit additiven Verfahren kann dazu beitragen, Materialverbrauch und Abfall zu reduzieren. Voraussetzung ist jedoch, dass technische Anforderungen, Qualitätssicherung sowie Fragen der Haftung und Gewährleistung berücksichtigt werden. Die entwickelten Methoden sollen künftig auf weitere Anwendungsfälle übertragen und kontinuierlich erweitert werden.
