Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 02/2017, 17.02.2017

Die Puzzlesteine fügen sich zusammen

Eines wurde an der letzten Formnext in Frankfurt am Main deutlich: Bei den Platzhirschen unter den Herstellern von professionellen Anlagen für die additive Fertigung wird intensiv an Systemen gearbeitet, welche die Integration ihrer Verfahren in industrielle Prozesse und Produktionslandschaften ermöglichen soll. Die zweite Erkenntnis: Die Messe hat es geschafft, bereits bei ihrer zweiten Auflage zur Leitmesse in Europa aufzusteigen.

(msc) Die nackten Zahlen 2016 belegen die Erfolgsstory der Formnext, die im letzten November vier Tage lang Besucher aus aller Welt mit ihrem Angebot aus bahnbrechenden Entwicklungen und Weltpremieren überzeugte: Auf 18 702 m² Ausstellungsfläche zeigten 307 Aussteller (plus 32 Prozent gegenüber Vorjahr) aus 28 Ländern den 13 384 Besuchern (plus 49 Prozent) ihre Portfolios. Beeindruckend war auch der Ausländeranteil von 44 Prozent unter den Besuchern.

Beim Messerundgang wurde aber auch klar, dass die Entwicklungsrichtung in der Anlagentechnik einem neuen Trend folgt. In den vergangenen Jahren lag der Fokus in der Branche immer auf Produktions- und Effizienzsteigerung durch kürzere Aufbauzeiten für das einzelne Werkstück. Dies entweder, indem man den Bauraum vergrös-serte, was grössere Kleinteileserien in einer Beschickung ermöglichte, oder indem man durch leistungsfähigere Scanner die Schichtdicken in der Z-Achse steigerte oder durch den Einsatz von mehreren Lasern die Scanzeit verkürzte.

Auch jetzt wird auf dieser Schiene weiter gedacht, aber parallel dazu geht jetzt die Post in Richtung Modularität der Anlagen und Bedienungsautomatisierung ab. Auffallend auf der Messe war jedenfalls, dass sich praktisch alle Hersteller von Maschinen für den professionellen Einsatz intensiv mit Lösungsansätzen befassen, welche die Integration der Maschinen in eine industrielle Produktion in mehr oder weniger absehbarer Zeit möglich machen soll. Und dies gelingt nur mittels Automatisierung der einzelnen Prozessschritte.

Das gilt insbesondere für den mehrstufigen Produktionsprozess mit pulverbettbasierten Verfahren, also SLM (Selective Laser Melting) und SLS (Selective Laser Sintering). Bis auf den Bauprozess selbst in der Maschine ist bisher bei praktisch allen anderen Teilschritten der manuelle Eingriff des Menschen notwendig. Das beginnt bei der Pulveraufbereitung, setzt sich über das Beschicken der Maschine mit der Bauplattform und mit Pulver fort und geht bis zur Entnahme des fertigen Werkstücks sowie dessen Trennen von der Plattform und von überschüssigem Pulver.

Für die Entpulverung gab es bisher bei SLM Solutions Lösungen und bei EOS wenigstens Prototypen. Jetzt nehmen aber eine Reihe von Anbietern die Automatisierung dieser Schritte ernsthaft in Angriff. Am radikalsten und weitesten entwickelt hat man ein solches Konzept bei Concept Laser. Diesem höchst spannende Ansatz widmen wir in der nächsten Ausgabe der «Technischen Rundschau» einen separaten Artikel.

Neuer CoCr-Prozess hauptsächlich für orthopädische Anwendungen

Hier in alphabetischer Reihung diejenigen Aussteller, die der «Technischen Rundschau» mit bestimmten Produkten auf der Messe besonders ins Auge gefallen sind.

Arcam, der Anlagenhersteller, der im letzten Dezember von General Electric übernommen wurde, kündigte einen neuen CoCr-Prozess für seine Anlage «Arcam Q10 plus» an. CoCr wird hauptsächlich für orthopädische Anwendungen eingesetzt. Weiter wurde mit «Arcam xQam» ein Röntgenstrahlen-basiertes Detektionssystem für eine automatisierte Kalibrierung und Verbesserung der Strahlqualität und mit «EBM Control 5.0» eine neue Softwareplattform für bessere Strahlansteuerung und optimierte Belichtungsstrategien präsentiert.

BeAM aus Illkirch bei Strassburg präsentierte mit der «Modulo» das dritte und kleinste industrielle Maschinenmodell, das wie die grösseren als vollintegrierte 5-Achs-Maschine mit CNC-Steuerung nach dem LMD-Verfahren (Laser Metal Deposition oder Laserauftragsschweissverfahren) arbeitet. Die Eckdaten lauten: Bauraum 650 × 400 × 400 mm, Faserlaser 500 W, Pulverbehältervolumen 1,5 l, Steuerung Siemens 840 D. Die Modulo ist laut Anbieter zur additiven Fertigung von Freiformen genauso geeignet wie zur Überarbeitung von Bauteilen. Sie soll ab Juni erhältlich sein.

EOS bringt mit der «EOS M 400-4» eine neue Maschine mit Vierfachlaser und einem Bauraum von 400 × 400 × 400 mm, dem grössten der EOS-Palette. Sie ist auf die Bedürfnisse der Gasturbinenhersteller ausgerichtet. Die vier 400-W-Yb-Faserlaser bearbeiten je ein Feld von 250 × 250 mm. Die Felder überlappen sich um 50 mm. Die Laserstrahlen werden von je einer 4 F-Theta-Linse und einem Hochgeschwindigkeitsscanner gelenkt. Zur kompletten Anlage gehört das Beschickungsmodul «IPM M Powder Station L» und das Entpackmodul «IPM M Unpack Station L». Beide befinden sich allerdings noch in der Entwicklungsendphase.

Der Hersteller bringt auch neue Software. Das skalierbare Shared-Modules-Konzept dient der Optimierung aller Schritte rund um den AM-Bauprozess, die Fertigungssoftware «Eosprint 2.0» sowie «Eostate Exposure» dienen der Echtzeit-überwachung des Bauprozesses.

Das patentierte Prozessgasmanagement «EOS ClearFlow» soll für optimale, einheitliche Verarbeitungsbedingungen sorgen. Es generiert einen intelligenten Strömungsverlauf, um so jede Beeinflussung der Laser durch potenzielle Nebeneffekte des Schmelzprozesses zu vermeiden. Das Umluftfiltersystem ermöglicht längere Filterstandzeiten und reduziert damit die Betriebskosten und Wartungszeiten.

Die umfangreiche Eostate Monitoring Suite stellt sicher, dass die Anforderungen an industrielle Produktionsumfelder erfüllt sind: Sie ermöglicht die Überwachung des Pulverbetts, verschiedener Parameter und der Laserleistung.

Ferner tritt EOS dem Siemens PLM Software-Partnerprogramm bei. Auf dieser Basis will man für die Fertigungsindustrie eine nahtlose Integration der EOS AM Software Eosprint in die Siemens NX Software anbieten. Die früher separaten Software-Tools für die Konstruktion, Simulation, Datenaufbereitung und den Transfer von Bauteildaten werden nun miteinander verbunden.

German RepRap stellte mit einem Verfahren, mit dem es möglich ist, Flüssigkeiten additiv zu fertigen, eine Weltneuheit vor. Mithilfe des «Liquid Additive Manufacturing» wurde auf dem Messestand Silikon verarbeitet. Laut German RepRap kann das Verfahren erstmals Silikone additiv verarbeitet, welche dieselben technischen Eigenschaften haben wie Silikone, die im Spritzguss als Standard gelten. Der grös-ste Vorteil dabei ist die «Vollvernetzung auf molekularer Ebene». Dies bedeutet, dass Silikonteile, die im neuen Verfahren hergestellt sind, derzeit 85 Prozent der Festigkeit im Vergleich zu Spritzgussteilen aus demselben Werkstoff erreichen. Der Markteintritt für die neue Liquid Additive Manufacturing Maschine ist für das erste Quartal 2017 geplant.

SLM Solutions zeigte erstmals die neue «SLM 280 2.0», die einen Bauraum von 280 × 280 × 365 mm und eine patentierte Mehrstrahltechnik bereitstellt. Sie vereinigt Leistungsfähigkeit und Produktivität mit umfangreichen Überwachungsfunktionen für die Prozesskontrolle. In der SLM 280 2.0 wird das Pulverbett über eine optische 3D-Scaneinheit wahlweise von einer Einfachoptik (Laserleistung 1 × 400 W oder 1 × 700 W), einer Dual-Optik (1 × 700 W plus 1 × 1000 W) oder einer Twin-Optik (2 × 400 W oder 2 × 700W) belichtet. Zusätzlich verwendet die neue Maschine das Hülle-Kern-Belichtungsverfahren mit zwei unterschiedlichen Strahlprofilen. Sie können sowohl unabhängig wie auch parallel eingesetzt werden, wodurch die Produktivität im Bauprozess deutlich beschleunigt wird. Bei diesem Verfahren arbeiten zwei Laser nicht nur gleichzeitig und parallel, sondern sie bearbeiten auch mehrere Pulverschichten in einem Schmelzvorgang mittels 1000-W-Laser. Je nach Anordnung der metallischen Bauteile wird durch die Nutzung der Mehrstrahltechnik eine bis zu 80 Prozent höhere Aufbaurate erzielt. Der patentierte bidirektionale Pulverauftrag trägt zur Verkürzung der Herstellungszeit bei. Das speziell für den SLM-Prozess entwickelte Überwachungssystem unterstützt die hohe Prozesskontrolle.

Abgerundet wird das Layout der SLM 280 2.0 als Produktionseinheit durch die serienmässig verbaute 2-plus-1-Filterlösung. Durch zwei parallel arbeitende Hauptfilter wird die Lebensdauer der einzelnen Filter verglichen mit bisherigen Lösungen nahezu verdoppelt. Der Einsatz eines 40 l grossen Pulvertanks mit zwei Flaschen à 5 l ermöglicht das Durchführen eines vollständigen Fertigungsprozesses in voller Höhe bei 1,6-facher Pulverüberdosierung.

Xjet bracht gleich zwei Weltneuheiten nach Nürnberg: In der neuen Anlage «Xjet System» führte man mit dem Prozess «NanoParticel Jetting» (NPJ) ein selbst entwickeltes Druckverfahren vor. Es handelt sich um den ersten Metall-3D-Drucker, der mit Flüssigmetallen arbeitet. Dabei wird über einen konventionellen Multijet-Düsenbalken eine Flüssigkeit, in der rund 4 nm kleine Metallpartikel schweben, gemäss dem 3D-Modell positioniert und sofort auf 300 °C erhitzt. Die «Trägertinte» verdampft, das Metall verschmilzt mit der Unterlage, härtet aus und bildet so laut Hersteller Schichten von 2 bis 4 nm Dicke. Anschlies-send werden die Teile dicht gesintert.

www.arcam.com

www.beam-machines.fr

www.eos.info

www.germanreprap.com

www.slm-solutions.de

www.xjet3d.com



Der von AP Works, einer Airbus-Tochter, erbaute Light Rider – das erste Motorrad mit additiv gefertigtem Rahmen – wurde als Best Practice Beispiel auf der Formnext prämiert. (Bild: AP Works)


Immer wieder faszinieren die additiv gefertigten Objekte, obwohl das Spannende an der Technik eigentlich hinter den uniformen Einhausungen der Maschinen liegt. (Bild: Mesago/Thomas Klerx)


Die neue EOS M 400-4 mit Vierfach-Laser. (Bild: EOS)


Weltpremiere bei SLM Solutions mit der «SLM 280 2.0». (Bild: SLM)


Weltpremiere auch bei Xjet mit dem komplett neuen Verfahren «NanoParticel Jetting» in der Anlage mit Namen «Xjet System». (Bild: Xjet)