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Additive Fertigung: Ausgabe 08/2019, 12.08.2019

«Für AM-Automation gibt`s kein Patentrezept»

Tobias Baur, Technologieexperte für Additive Manufacturing (AM) bei Trumpf, erklärt im Interview, wie aus dem 3D-Druck eine automatisierte Serienfertigung wird. Patentrezepte gibt es in seinen Augen keine: Jede Anwendung muss andere Anforderungen erfüllen, und auf diese müssen dann auch die Automatisierungslösungen abgestimmt sein.

Herr Baur, hat das Additive Manufacturing seine Tauglichkeit für die industrielle Serienfertigung schon unter Beweis gestellt?
Das hängt von der Branche ab. In der Dentalindustrie ist 3D-Druck zum Beispiel schon sehr verbreitet. Vor allem grössere Dentallabore fertigen individuellen Zahnersatz wie Brücken oder Kronen bereits in Serie. Auch in der Medizintechnik und der Automobilindustrie ist der 3D-Druck schon angekommen. Eher konservative Branchen wie der Werkzeug- und Formenbau nutzen die Vorteile des Verfahrens bislang weniger, obwohl die Potenziale enorm sind. Kühlkanäle lassen sich zum Beispiel viel leichter fertigen, weil ein Drucker, anders als die Fräsmaschine, um Ecken herumkommt. Trumpf bietet für die verschiedensten Branchen 3D-Druck-Lösungen.

Wie sieht ein Konzept aus, nach dem sich 3D-gedruckte Bauteile möglichst ohne manuelle Zwischenschritte in Fertigungsketten integrieren lassen?
Für die Automatisierung bei der additiven Fertigung gibt es kein Patentrezept. Jede Anwendung hat andere Anforderungen, auf die dann auch die Automatisierungslösungen abgestimmt sein müssen.

Ein Produktionssystem zur additiven Serienfertigung ist komplex. Welche Arbeitsschritte lassen sich mit heutigen Technologien und Systemen schon automatisieren?
Da lassen sich einige Arbeitsschritte nennen. Bei unseren Anlagen der Serie TruPrint läuft der Bauprozess, also das Ausrichten der Laser und das Beschichten, automatisch ab. Unsere neuste Anlage, die TruPrint 5000, übernimmt schon beim Rüsten viele Arbeitsschritte alleine. Die vor- und nachgelagerten Prozessschritte sind bei allen unseren Anlagen teilautomatisiert. Bei der Konstruktion des Bauteils auf dem Rechner lassen sich zum Beispiel die Stützstrukturen per Mausklick erstellen. Anschliessend prüft der Mitarbeiter den Entwurf noch einmal und nimmt gegebenenfalls Anpassungen vor.

Und die Entnahme der Werkstücke von der Bauteilplattform übernimmt ein Roboter?
Nein, unseren 3D-Druckern entnimmt der Mitarbeiter den gesamten Bauzylinder, nicht nur das Bauteil. Der Vorteil: Er öffnet den Zylinder erst in der Entpackstation und kommt nicht mit dem Pulver in Berührung. Ausserdem kann er die Anlage direkt für den nächsten Baujob vorbereiten und den Prozess starten. Bei unserem Konzept transportieren elektrische Transportwagen die Zylinder zur nächsten Station.

Bei der Nachbearbeitung müssen die Werkstücke erst gesäubert und dann bei Bedarf einem Finishing zugeführt werden. Ist das die Aufgabe von Spezialmaschinen und Intralogistik?
Für die Säuberung der Bauteile kommen eigens dafür gebaute Maschinen zum Einsatz. Das Finishing wiederum findet hauptsächlich auf vorhandenen Maschinen statt. Die Bauteile zu diesen Spezialmaschinen zu bringen, ist natürlich eine Aufgabe der Intralogistik. Diese muss aber nicht zwangsläufig automatisiert sein.

Wesentlich ist die Qualitätskontrolle. An welchen Stellen der Prozesskette greift sie ein und was ist bereits automatisierbar?
Die Qualitätskontrolle ist vor allem während des Drucks wichtig. Schon kleinste Rillen im Pulverbett können das Bauteil unbrauchbar machen. Die Anlage ist stundenlang umsonst gelaufen und hat möglicherweise teures Material verschwendet. Deshalb verfügen unsere Anlagen über ein Puwser Bed Monitoring. Dabei macht eine hochauflösende Kamera im Drucker nach jeder Schicht Fotos des Pulverbetts. Die Aufnahmen übermittelt sie an ein IT-System. Dieses wertet die Bilder direkt aus, erkennt Prozessfehler und informiert den Maschinenbediener umgehend. Darüber hinaus kontrolliert das Melt Pool Monitoring die Qualität der Bauteile automatisch. Hier nehmen Dioden im Drucker das Prozessleuchten des Schmelzbades auf. Anschliessend gleicht das IT-System die Werte mit den Daten eines Referenzwerkstücks ab und stellt Abweichungen wie ein kälteres Schmelzbad oder eine Überhitzung grafisch dar. Der Maschinenbediener erkennt den Fehler sofort und kann den Prozess stoppen.

Wie sieht denn ein risikoloser Einstieg in eine automatisierte 3D-Druck-Fertigung aus? Zuerst den Druckprozess beherrschen, Automatisierung planen, Einzelschritte umsetzen und sich dann um eine tiefere Integration in den Produktionsprozess kümmern?
Das sind alles wichtige Schritte, die Unternehmen beim Einstieg in den 3D-Druck bedenken müssen. Am wichtigsten ist aber, dass sie ein Verständnis für 3D-Druck entwickeln. Vor allem das AM-gerechte Konstruieren sind viele Konstrukteure noch nicht gewohnt oder haben es in ihrer Ausbildung nicht gelernt. Wenn die Bereitschaft für ein 3D-Denken da ist, unterstützen wir unsere Kunden bei der gesamten Prozesskette im 3D-Druck. Wir helfen zum Beispiel, die Anlage aufzubauen und bieten Schulungen für 3D-gerechtes Konstruieren und das Handling des Druckers an. So kann der Anwender am Ende ohne Risiko drucken.
(msc)

TRUMPF Schweiz AG
6340 Baar, Tel. 058 257 61 61
info@ch.trumpf.com

trumpf.com



Tobias Baur, bei Trumpf Technologieexperte für Additive Manufacturing: «In Dentalindustrie, Medizintechnik und in der Automobilindustrie ist der 3D-Druck angekommen. Eher konservative Branchen wie der Werkzeug- und Formenbau nutzen die Vorteile des Verfahrens bislang weniger.» (Bild: Trumpf)