Additive Fertigung in der Schule: Digitale Kompetenzen und neue Produktionstechnologien vermitteln

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Die Digitalisierung schafft neue Aufgaben und Berufsbilder. Die hierfür benötigten digitalen Kompetenzen und ­neuen Produktionstechnologien lassen sich schon in der Schule vermitteln. So bereiten etwa 3D-Drucker von HP Schüler der Elektronikschule Tettnang auf die vierte industrielle Revolution vor. Von Frank Petrolli

Additive Fertigung in der Schule? Die vierte industrielle Revolution hat bereits begonnen. Die intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Prozessen im Zuge der Digitalisierung ermöglicht Unternehmen ganz neue Wachstums-, Produktivitäts- und Einsparpotenziale: Automatisierung der Produktion, optimierte Lieferketten, verbesserte Kundenzufriedenheit, ressourcenschonende Kreislaufwissenschaft, schnellere Entscheidungsfindung durch Data Analytics oder gar komplett neue, disruptive Geschäftsmodelle.

Digitale Kompentenzen fördern

Die Krux dabei: Vielen Organisationen fehlt das entsprechend spezialisierte Personal mit digitalen Kompetenzen. Um diese Herausforderung zu adressieren, müssen Regierung, Wirtschaft, Bildung und auch Unternehmen zusammenarbeiten, um Arbeitnehmer weiterzubilden und die nächste Generation von Arbeitskräften mit digitalen Kompetenzen auszustatten. Dabei geht es nicht alleine darum, dass diese mit mobilen Endgeräten umgehen können oder Begriffe wie künstliche Intelligenz und Machine Learning kennen. Vielmehr müssen sie auch in der Lage sein, mit neuen Produktionstechnologien umzugehen und entsprechende Bauteile zu entwickeln. Dazu gehören beispielsweise neu konzipierte Teile, die am Rechner designt und mittels 3D-Druck realisiert werden.

Additive Fertigung in der Schule: Neue Technologien praxisnah erlernen

Der 3D-Druck wird künftig in immer mehr Unternehmen die traditionelle Fertigung ergänzen. Dadurch ist nicht nur die Kombination traditioneller mit 3D-gedruckten Bauteilen möglich, sondern es reduziert sich auch die Anzahl an Einzelteilen bei den hergestellten Produkten. Doch diese neuen Technologien müssen ­zunächst einmal erlernt werden – während des ­Maschinenbau-Studiums wird das ­Thema 3D-Druck noch stiefmütterlich und vor ­allem theoretisch behandelt. Dabei ist ­gerade in diesem Segment die Praxis wichtig, damit die deutsche Industrie von den Vorzügen des industriellen 3D-Drucks – auch Additive Fertigung genannt – profitieren und wettbewerbsfähig bleiben kann. Hier setzt die Elektronikschule Tettnang an und bietet praxisnahe Aus- und Weiterbildungen in Innovationstechnologien der ­Elektrotechnik an.

In der sogenannten „iLernfabrik 4.0“ ­arbeiten Schüler mit einer intelligenten, automatisierten Anlage mit Robotertechnik und werden damit auf ihren späteren Beruf des Elektro-, Informations- und ­Automatisierungstechnikers ­vorbereitet. „Im Zuge der Digitalisierung und der ­Industrie 4.0 entstehen zahlreiche neue Aufgaben und Berufsbilder. Unser Ziel ist es, unsere Schüler mit digitalen Kompetenzen auszustatten und auf ihre Zukunft vorzubereiten. Damit unterstützen wir ­Unternehmen außerdem dabei, die Fachkräftelücke zu schließen – und schließlich auch die Wirtschaft anzukurbeln“, sagt ­Jochen Würstle, Oberstudienrat und Schulleiter, Elektronikschule Tettnang.

Ein wichtiger Baustein der Lernfabrik ist der hochmoderne HP Jet Fusion 540 ­3D-Drucker, denn das 3D-Druckverfahren wird in der Industrieproduktion künftig wichtiger. Die Vorteile liegen auf der Hand: Kosten- und Zeitersparnis, geringere Materialabfälle ­sowie die schnelle und unkomplizierte Fertigung von Prototypen, Kleinserien und ­individuellen Massenfertigungen.

Schnell von der Idee zum Produkt

Im Wahlpflichtfach „CAM“ (Computer Aided Manufacturing / rechnerunterstützte Fertigung) lernen bis zu 16 Teilnehmer pro Kurs den praktischen Umgang mit dem 3D-Drucker. Der HP Jet Fusion 540 ist eine kompakte, saubere und benutzerfreundliche additive Fertigungslösung, die ­Materialmischung und -befüllung ­sowie den Druck und die Materialrückgewinnung in einem Gerät integriert. Der monochrome 3D-Drucker wurde speziell für die Produktion von Funktionsprototypen und Kleinserien entwickelt. Er beschleunigt den Erstellungsworkflow für die Fertigung funktioneller Teile – der Drucker eignet sich somit für Produktentwicklungs-Teams, ­Designstudios oder Universitäten, die bis zu 100 Teile pro Woche produzieren.

Mit der innovativen Jet Fusion-Technologie fertigen Anwender problemlos präzise, funktionelle Teile mit aufwendigen Details. Darüber hinaus optimieren sie ihren ­Designzyklus – Entwerfen, Testen und Weiterentwickeln ist innerhalb weniger Stunden möglich. Gedruckt werden die Teile mit beständig hoher Qualität, basierend auf der Kontrolle auf Voxel-Ebene. Voxel sind Gitterpunkte (Datenelemente) in einem dreidimensionalen Gitter – vergleichbar mit ­Pixeln in einem zweidimensionalen Bild.

Additive Fertigung in der Schule: Schüler entwickeln 3D-Geometrie

An der Elektronikschule Tettnang nutzen die Schüler den HP Jet Fusion 540 in Kombination mit Solidworks. Mithilfe des 3D-CAD-Programms entwickeln sie einfache Bauteile und führen sie dann in Baugruppen zusammen. Über den SmartStream 3D Build Manager werden die Entwürfe für den 3D-Druck vorbereitet. Beispielsweise werden Bauteile innerhalb des virtuellen Bauraums entsprechend platziert – Größe und Position können hier ebenfalls justiert werden. Auf diese Weise entdecken die Schüler Fehler in der 3D-Geometrie und können diese direkt beheben, bevor die Datei an den Drucker gesendet wird.

„Die Schüler lernen so, sich kontinuierlich zu verbessern bis sie ein optimales, hochwertiges Ergebnis erzielen“, erklärt Simon Blust, Technischer Lehrer, Elektronikschule Tettnang, den Prozess und ergänzt: „Wir sparen dadurch Zeit und Kosten, denn Probedrucks entfallen und wir benötigen weniger ­Material.“

Frank Petrolli ist 3D Printing Sales Manager Germany bei der HP Deutschland GmbH.

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