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Text: James Woodcock
Anstatt die beiden Technologien gegeneinander in den Wettbewerb zu schicken: kann man AM und Zerspanung auch zusammenbringen, damit das Ganze mehr wert ist als die Summe der Teile? AM gibt den Konstrukteuren ein hohes Maß an Design-Freiheit, aber selten können die AM-Bauteile direkt aus der Maschine verwendet werden. Die gedruckten Oberflächen haben verschiedene Rauheitsgrade, und die Maßgenauigkeit reicht oft nicht aus – besonders bei großen Bauteilen. Mittels Fräsen kann man diese Oberflächen und Toleranzen erreichen, aber interne Kanäle oder organische Formen – eine der großen Stärken von AM – sind damit nicht möglich.
Hybride AM/CNC-Anlagen vereinen beide Prozesse, sodass ein Bauteil inklusive interner Strukturen gedruckt, zerspant und oberflächenbearbeitet werden kann, ohne dass es die Maschine verlässt. Genau die Ideen nur eines Setups macht Hybridsysteme für die Fertigung so interessant – insbesondere für die Reparatur. Mittlerweile sind mehrere unterschiedliche Familien von Hybridsystemen auf den Markt gekommen.
Die großformatigen Arbeitstiere
Viele industrielle Hybridmaschinen kombinieren die Directed Energy Deposition Technology (DED) mit einer mehrachsigen Werkzeugmaschine. Die Lasertec-DED-Hybrid-Baureihe von DMG Mori setzt hier Maßstäbe. Die Anfang 2026 eingeführte Lasertec 65 DED Hybrid der zweiten Generation vereint Laserauftragschweißen, 5-Achs-Fräsen, Drehen, Schleifen, Vorwärmen und 3D-Scannen auf einer einzigen Plattform mit integrierter Schmelzbad- und Prozessüberwachung, die den Materialauftrag in Echtzeit erfasst. Mazak, Okuma und WFL bieten vergleichbare Dreh-Fräs-Maschinen mit Auftragsköpfen an.
DED ist dabei der natürliche additive Partner, da diese Technologie schnell und in großem Maßstab Material aufträgt, allerdings ohne die Maßgenauigkeit von Pulverbettsystemen. DED-Verfahren mit Draht oder Pulver erstellen große, endkonturnahe Bauteile deutlich schneller auf als Pulverbettverfahren. Anschließend sorgt die Werkzeugmaschine für die nötigen Toleranzen und die nötige Oberflächenqualität. Der größte Nutzen ergibt sich bei Reparaturen oder wenn man Funktionen hinzufügen will. Abgenutzte Turbinenschaufeln, Spritzgusswerkzeuge und große Gussteile können in einem Arbeitsgang gescannt, mit neuem Material wiederaufgebaut und endbearbeitet werden. Das verlängert die Lebensdauer hochwertiger Komponenten, die sonst auf dem Schrottplatz gelandet wären. Das lohnt sich insbesondere bei der Wartung in der Luft- und Raumfahrt sowie im Energiesektor, wo Originalteile geschmiedet oder gegossen werden und Ersatzteile extrem teuer sind. Zudem reduziert es deutlich den Materialabfall und die Bearbeitungszeit, wenn man zu einem vorhandenen Schmiedeteil ein neues Feature hinzufügt, anstatt das ganze Bauteil aus dem Vollmaterial herauszuarbeiten.
Feine Strukturen und Bearbeitung
Eine zweite Anlagenklasse basiert auf PBF-Technologie, beispielsweise die Lumex Avance von Matsuura, die AM mit einer Frässpindel mit 45.000 Umdrehungen pro Minute kombiniert. Innenwände und Strukturen werden gefräst, während das Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut wird, wodurch Oberflächen bearbeitet werden, die bei einem fertigen Bauteil niemals von einem Fräser erreichbar wären. Die OPM-Serie von Sodick arbeitet nach dem gleichen Prinzip und ist mit einem Bauraum von 250 × 250 × 250 mm und einem Werkzeugmagazin ausgestattet.
Zum Einsatz kommt dieses Verfahren vor allem bei Spritzgussformen mit untereinander konformen Kühlkanälen, die der Form der Kavität folgen, anstatt in geraden Linien gebohrt zu werden. Eine bessere Kühlung verkürzt die Spritzzyklen – laut Matsuura um bis zu 50 Prozent –, verbessert die Teilequalität und reduziert die Anzahl der EDM-Schritte. Durch das Fräsen im Prozess erhalten die Innenwände eine Oberflächenqualität, die bei einem komplett 3D-gedruckten und anschließend nachbearbeitetes Bauteil nicht zu erreichen wäre. Daneben eignet sich die Kombination aus Präzision und feinen Strukturen für kleine, komplexe Komponenten in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik.
Den Einstieg vereinfachen
Nicht jede Fertigung benötigt eine schlüsselfertige Maschine mit Kosten im sechsstelligen Bereich; der am schnellsten wachsende Sektor spiegelt dies: Die Ambit-Köpfe von Hybrid Manufacturing Technologies lassen sich in die Frässpindel einsetzen und wandeln so eine vorhandene CNC-Maschine in eine Hybridzelle um. Meltio, 2019 im spanischen Linares gegründet, verfolgt einen ähnlichen Ansatz: Seine patentierte Drahtlaser-Lösung lässt sich in Drehmaschinen, Bearbeitungszentren und Roboterarme integrieren und verarbeitet Standard-Schweißdraht, der einfacher zu handhaben und kostengünstiger zu lagern ist als Pulver. Phillips bietet diese Lösung als serienmäßige Hybridlösung für Haas-Maschinen an, wobei Early Adopters bereits Maschinenflotten betreiben und Aufträge für die Luft- und Raumfahrt oder die Energiebranche bedienen. Solche Nachrüstungen erleichtern den Einstieg in die Hybridtechnologie und machen sie neben den großen Luft- und Raumfahrtunternehmen auch für Auftragsfertiger, die den Großteil der Branche ausmachen, attraktiv.
Große Formen aus Kunststoff
Hybridtechnologie findet sich nicht nur im Metallbereich. Der ausgereifteste Ansatz im Polymerbereich ist die großformatige Additive Fertigung (LFAM), bei der ein Granulat-Extruder thermoplastische oder faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit hohem Durchsatz leicht überdimensioniert aufträgt und ein CNC-Kopf das Material auf derselben Plattform im Hinblick auf die endgültigen Toleranzen bearbeitet. Eine gedruckte und bearbeitete Form aus Verbundwerkstoff kann innerhalb von Tagen statt von Wochen fertig sein. Dieses Verfahren findet sich vor allem bei großen Werkzeugen, Formen, Modellen und Vorrichtungen für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und den Schiffsbau.
Thermwood, ein etablierter Hersteller von CNC-Fräsmaschinen, kombiniert bei seinen LFAM-Maschinen einen Polymer-Druckkopf mit einem 5-Achsen-Fräskopf, wobei die Baulängen bis zu 30 Meter erreichen. Die MasterPrint von Ingersoll verfügt über einen Extruder mit einer Leistung von bis zu 225 Kilogramm pro Stunde, der automatisch gegen einen 5-Achsen-Fräskopf ausgetauscht werden kann, und hat bereits einen funktionsfähigen Bootsrumpf gedruckt.
Europa ist in dieser Technologie gut vertreten: Das niederländische Unternehmen CEAD baut den Roboter „Flexbot“ und den „Flexcube“, der auf der Formnext 2024 mit integrierter Fräsfunktion und einem rotierenden Extruder für das Drucken in einem Winkel von 45 Grad vorgestellt wurde. Das italienische Unternehmen Belotti bindet einen CEAD-Extruder in sein 5-Achsen-BEAD-Bearbeitungszentrum ein, druckt mit einer Geschwindigkeit von 12 bis 80 Kilogramm pro Stunde und erzielt eine Oberflächengenauigkeit im Bereich von Hundertstel Millimetern.
Auch hier kommt das Retrofit-Konzept zum Tragen: Hybrid Manufacturing Technologies bietet mit Ambit Xtrude einen Polymer-Extrusionskopf für die Verarbeitung von Pellets an, der in eine bestehende CNC-Maschine integriert werden kann und anschließend für die Endbearbeitung wieder an die Spindel übergibt. So können Betriebe großformatige Bauteile aus Polymerwerkstoffen fertigen, ohne eine spezielle Maschine anschaffen zu müssen.
Die Anwendungen konzentrieren sich vor allem auf den Werkzeug- und Formenbau Eine gedruckte und anschließend nachbearbeitete Verbundwerkstoffform ist zum einen um ein Vielfaches günstiger und kann innerhalb weniger Tage in der Produktion eingesetzt werden – im Vergleich einigen Wochen, die eine spanend gefertigte oder manuell laminierte Form benötigen würde. Aus diesem Grund setzen insbesondere Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt auf diese Technologie, etwa für Autoklav-Werkzeuge und Beschnittvorrichtungen.
Eine andere Form von Hybridverfahren
Ein Verfahren kommt ohne das Schmelzen aus: Das Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) von Fabrisonic verbindet dünne Metallfolien mithilfe hoher Frequenzen bei niedriger Temperatur, und die SonicLayer-Anlagen des Unternehmens kombinieren diesen Prozess mit CNC-Fräsen, was Strukturen zwischen den Schichten ermöglicht. Da kein Schmelzbad entsteht, verbindet UAM unterschiedliche Metalle wie Aluminium und Titan ohne spröde intermetallische Verbindungen und kann Sensoren, Elektronik oder Kühlkanäle in ansonsten massives Metall einbetten. Das macht die Technologie besonders interessant für leichte Wärmetauscher und smarte“ Bauteile mit integrierter Elektronik. Fabrisonic hat sogar gemeinsam mit der NASA daran gearbeitet, das Verfahren für Weltraummissionen zu miniaturisieren. UAM ist zwar eine Nische, leistet aber Dinge, die schmelzbasierte Hybridverfahren nicht können, und erinnert daran, dass „hybrid“ ein wesentlich weiter gefasster Begriff ist als nur die Kombination aus Additiver Fertigung und Fräsen.
Wohin sich die Forschung entwickelt
Die Zukunft liegt in der Entwicklung von Hybridsystemen mit geschlossenem Regelkreis, die jede aufgetragene Schicht überwachen und Korrekturen in Echtzeit vornehmen, um so eine fehlerfreie, autonome Fertigung zu erreichen. Die Prozessüberwachung und die easyAM-Steuerung von DMG Mori weisen bereits in diese Richtung. Wissenschaftliche Arbeiten zu additiv-subtraktiven Cold-Spray-Zellen, bei denen In-situ-Laserprofilierung und adaptive Werkzeugwege zur Reparatur von Fehlern ohne manuelle Programmierung eingesetzt werden, erweitern diesen Ansatz hin zu einer vollautomatischen Reparatur. Die größere Herausforderung besteht darin, mehrere Sensorströme zusammenzuführen, damit eine Maschine während des Bauprozesses selbst entscheiden kann, ob ein Fehler korrigiert, nachgeschichtet oder wegbearbeitet werden muss.
Daneben kann man komplexe Multi-Material-Teile, eine durch maschinelles Lernen gesteuerte Prozessplanung und eine lückenlosere Rückverfolgbarkeit im „Digital Thread“ erwarten. Auf der Formnext 2025 in Frankfurt zeigte DMG Mori, dass sich die Hybridtechnologie von einer Nische zum neuen Standard für flexible, effiziente Produktion entwickeln kann. Die Kombination aus additiven und subtraktiven Verfahren in einem Arbeitsablauf scheint tatsächlich die Richtung zu sein, in die sich die Branche bewegt.
