Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 10/2016, 07.10.2016

Ein Grosser erfindet sich neu

Dank einer neuen, von Stratasys entwickelten Technologie in der additiven Fertigung mit Kunststoffen, sollen Luftfahrt- und Automobilindustrie von effizienterer Teilproduktion profitieren können. Ende August lud das Unternehmen die «Technische Rundschau» als einzige Schweizer Fachzeitschrift zu einer Exklusiv-­Pressekonferenz ins Mutterhaus nach Minneapolis, USA, ein. Dort präsentierte man zwei völlig neue, grossformatige Anlagen.

Autor: Markus Schmid

(msc) Statasys ist im Segement der professionellen 3D-Kunststoffdrucker einer der Marktführer. Bisher konzentrierte man sich auf Entwicklung und Verkauf von 3D-Druckanlagen in diversen Grössen sowie auf die Entwicklung und den Vertrieb der im Prozess eingesetzen Kunststoffpulver mit diversen Eigenschaften für verschiedenste Anwendungen.

Auf die bereits zu Ende gegangene Fachmesse IMTS in Chicago hin hat das US-amerikanisch-israelische Unternehmen einen Quantensprung in der Produktion von additiv gefertigten Kunststoffteilen angekündigt und zwei Anlagen vorgestellt, die in den letzten Jahren zu funktionierenden Demonstratoren entwickelt wurden. Sie sollen insbesondere die Industrialisierung des Prozesses voranbringen.

An der Pressekonferenz am Sitz von Stratasys in Eden Prairies, einem Vorort von Minneapolis im US-Staat Minnesota beleuchteten die Referate des frischgebackenen CEO Ilan Levin, und des Gründers der Firma und Erfinders der FDM-Methode (siehe Kasten «Glossar») S. Scott Crump die Hintergründe. Der Initiative ging im Management von Stratasys die Erkenntnis voraus, dass die Entwicklung von Prozessen und Anlagen, welche die additive Fertigung industrie­tauglich machen, wesentlich mehr kommerzielles Potential bietet, als das bisherige Geschäftsmodell.

Bei Stratasys wird das firmeneigene Knowhow im Bereich des industriellen 3D-Drucks unter dem Leitspruch «Shaping what’s next» zusammengefasst. Die Vision ist darauf ausgerichtet, auch den anspruchvollsten Anforderungen der Kunden des Unternehmens gerecht zu werden. Dazu gehört die schnelle Herstellung robuster Bauteile in einer Grössenordnung von einer Armlehne für Autos bis zur kompletten Innenverkleidung eines Flugzeugs.

Das neue Stratasys-«Ecosystem» umfasst additive und traditionelle Technologien, Software-Workflows, Materialentwicklungen sowie professionelle Dienstleistungen und ist auf individuelle Anwendungsanforderungen ausgerichtet. Es ermöglicht neben der besseren Einhaltung von Kennzahlen in Bezug auf Qualität, Kosten und Lieferung gleichzeitig auch die Ausnutzung des gesamten Potenzials der additiven Fertigung, um so die Konstruktion und Herstellung von Werkstücken zu optimieren.

Der «Infinite-Build» 3D-Demonstrator: Endlos additiv fertigen

Der Stratasys Infinite-Build 3D-Demonstrator wurde speziell für die Produktion grosser Teile in kundenspezifischen OEM- und On-Demand-Aftermarket-Anwendungen entwickelt. Die Anlage ist die Antwort des Unternehmens auf den Bedarf an grossen, leichten thermoplastischen Bauteilen mit reproduzierbaren mechanischen Eigenschaften in der Luftfahrt-, Raumfahrt- und Automobilindustrie und weiteren Branchen.

Seine Besonderheit ist ein völlig neues Konzept der FDM-Extrusion, mit dem laut Stratasys ein wesentlich höherer Durchsatz und eine bessere Reproduzierbarkeit erreicht werden können als bisher. Das System bietet in gewissem Sinn unbegrenzte Herstellungsmöglichkeiten. Deshalb erhielt es auch den Namen «Infinite Build».

Gedruckt wird in der vertikalen vordersten Ebene einer Gantry-Maschine, wodurch eine praktisch uneingeschränkte Bauteilgrösse in Baurichtung ermöglicht wird. Ein Sechsgelenk-Roboter führt eine kleine Extrusionseinheit mit aufgesetztem Pulverbehälter entlang der vom 3D-Modell definierten Scanbahnen, während ein Vorhang den gerade nicht zu bedruckenden Teil des Werkstück laufend abdeckt, um Wärmeverlust im Gantry-Tunnel zu vermeiden. Dort erfährt das Bauteil unterdessen den nötigen Wärmeprozess.

Oberhalb der Gantry-Öffnung finden sich vier Vorratszylinder mit verschiedenen Pulvermaterialien, an denen sich der Roboter bedient, wenn das Pulvergefäss der Extrudereinheit leer ist, oder wenn das Baumaterial gewechselt werden soll. Wenn nötig kann auch die ganze Extrudereinheit gewechselt werden.

Eine wesentliche Rolle bei der Festlegung der Anforderungen und Spezifikationen für die Anlage spielte der Luft- und Raumfahrtriese Boeing. Boeing verwendet zurzeit einen Infinite-Build, um die Produktion von leichten Bauteilen mit geringem Volumen zu testen.

Darryl Davis, Präsident von Boeing Phantom Works erklärt: «Additive Fertigung ist für Boeing und unsere Kunden eine grosse Chance. Daher haben wir vor mehr als zehn Jahren eine strategische Entscheidung zur engen Zusammenarbeit mit Stratasys bei dieser Technologie getroffen. Wir sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, die Kosten und das Gewicht von Luftfahrzeugstrukturen zu senken beziehungsweise die Zeit für die Fertigung von Prototypen und den Test neuer Werkzeuge und Produkte zu verkürzen, um sie unseren Kunden kostengünstiger und schneller anbieten zu können. Mit dem Stratasys Infinite-Build 3D-Demonstrator können viel grössere Produkte gefertigt werden, die Länge ist theoretisch unbegrenzt – damit verfügen wir über ein bahnbrechendes Tool zur Ergänzung unserer leistungsstarken additiven Fertigungsprozesse.»

Mit der Ford Motor Company ist auch ein namhafter Automobilhersteller dabei, innovative Anwendungsmöglichkeiten für die Anlage zu sondieren und zu evaluieren. «Der 3D-Druck eröffnet beste Aussichten für einen Wandel in der Automobilkonstruktion und -fertigung, da diese Arte der Fertigung neue Möglichkeiten der Innovation und Effizienzsteigerung in der Produktion bietet. Unsere Vision bei Ford ist es, das schnelle und qualitativ hochwertige Drucken von Bauteilen für die Automobilindustrie Realität werden zu lassen. Wir sind gespannt auf die Chancen, die wir mit dem skalierbaren, vielseitigen Infinite-Build-Modell in Zukunft umsetzen können, und freuen uns, gemeinsam mit Stratasys an der Verwirklichung unserer Ziele zu arbeiten», unterstreicht Mike Whitens, Director Vehicle Enterprise Sciences, Ford Research & Advanced Engineering.

Der «Robotic Composite» 3D- Demonstrator

Die zweite Neuheit die Stratasys in den USA vorstellte, ist der Robotic Composite 3D-Demonstrator. Er kombiniert die zentralen Stratasys-Extrusionstechnologien für additive Fertigung mit Bewegungssteuerungs-Hardware und -Software von Siemens. Bei der Entwicklung der Anlage arbeiteten Stratasys und Siemens eng zusammen, um die gemeinsame Vision von 3D-Druck als zukunftsfähigem und essenziellem Bestandteil der Fertigung weiter voranzutreiben. Der Robotic Composite 3D-Demonstrator soll den 3D-Druck von Verbundwerkstoffteilen revolutionieren.

Neben ihrer weitverbreiteten Verwendung im Mobilitätssektor, beispielsweise in der Automobil- und in der Luft- und Raumfahrtindustrie, werden Verbundmaterialien auch in Branchen wie der Öl- und Gasindustrie eingesetzt, um robuste und gleichzeitig leichte Strukturen herzustellen. Der Robotic Composite 3D-Demonstrator ermöglicht 3D-Druck mit einem Bewegungssystem mit acht Achsen. Dies ermöglicht die zum Erreichen der geforderten Formstabilität präzise, gerichtete Platzierung des Materials. Gleichzeitig reduziert das System damit drastisch die Notwendigkeit, zeitaufwändige Stützsysteme einzubauen.

Mittels dieser Technologie wird laut Stratasys und Siemens die zukünftige Fertigung leichtgewichtiger Teile neu definiert. Sie soll in Zukunft auch eine schnellere Produktion von Bauteilen aus verschiedensten Materialen ermöglichen.

Arun Jain, Vice President Motion Control, Digital Factory US, Siemens erklärte dazu: «Der Stratasys Robotic Composite 3D-Demonstrator ist sehr vielversprechend. In unserer engen Zusammenarbeit bei der Bewegungssteuerung und CNC-Automatisierung unterstützt Siemens die Schaffung eines flexiblen, multifunktionellen Fertigungsablaufs, mit dem der 3D-Druck fest in der Produktion etabliert werden kann.»

Ilan Levin erläutert: «Wir bei Stratasys setzen auf unseren Erfolg in der Fertigung von Produktionshilfsmitteln, Spritzguss- und Verbundmaterialwerkzeugen und weiteren Anwendungen sowie unsere Beziehungen zu innovativen Branchenführern, um die Einsetzbarkeit additiver Fertigung in anspruchsvollen Produktionsumgebungen weiter auszubauen. Wir sehen das Ausmass der betrieblichen Integration, Automatisierung und Leistungsüberwachung, das diese neuen Anlagen bieten können, als Katalysatoren für den Übergang zur Industrie 4.0.»

Stratasys: Alphacam Swiss GmbH
9443 Widnau, Tel. 071 775 82 40
info@alphacam.ch



Der «Infinite-Build» 3D-Demonstrator; oben am Gantry-Portal die Reservebehälter für das Kunststoffpulver. (Bild: Stratasys)


Blick in den Wärmenachbehandlungsraum, links der horizontale Schliessvorhang. (Bild: TR)


Der «Robotic Composite» 3D-Demonstrator mit dem Bauteil, das mit einem Dreh-Schwenkeinheit in zusätzlichen Achsen synchron zur Extrusionseinheit am Roboterarm bewegt wird. (Bild: TR)

Glossar

Fused Deposition Modeling (FDM)

Das Verfahren Fused Deposition Modeling (FDM) – auf Deutsch: Schmelzschichtung und alternativ auch Fused Filament Fabrication (FFF) genannt – bezeichnet ein Fertigungsverfahren, mit dem ein Werkstück in einem 3D-Drucker schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut wird. Dass Verfahren wurde von S. Scott Crump in den späten 1980er Jahren entwickelt und in der von Crump gegründeten Firma Stratasys ab den frühen 1990er Jahren kommerziell angewendet. Der Ausdruck «Fused Deposition Modeling» und seine Abkürzung FDM sind geschützte Marken der Firma Stratasys.