04.11.2021 – Kategorie: Automatisierung & Robotik

Additive Fertigungsverfahren: Neue Software ermöglicht Automatisierung

Additive FertigungsverfahrenQuelle: CT CoreTechnologie

Die Automatisierung der additiven Fertigung auf Basis von 3D-Daten wird in Zukunft eine stärkere Rolle spielen. Dafür benötigen die Unternehmen intelligente Software-Werkzeuge wie 4D_Additive von CoreTechnologie.

Wie lassen sich additive Fertigungsverfahren automatisieren und was bringt das der Industrie? Der bevorstehende demografische Wandel und speziell dessen Bedeutung für die Indus­trie werden aktuell noch wenig diskutiert.

Additive Fertigungsverfahren im globalen Wettbewerb

Die Schwächen der global vernetzten Fertigungsprozesse und deren Abhängigkeit von arbeitsintensiven, komplexen, weit verstreuten und somit verwundbaren Liefer­ketten könnten sich durch einen akuten Arbeitskräftemangel noch verstärken. Nur durch mehr Automatisierung im Sinne von Industrie 4.0 kann eine Volkswirtschaft, deren Wohl und Wehe von der industriellen Produktion abhängt, mit immer weniger Manpower im globalen Wettbewerb konkurrieren.

Digitale Transformation der Fertigung

Industrie 4.0 ist die Philosophie, durchgängige Prozessketten über den gesamten Produktlebenszyklus zu erreichen, wobei die Automatisierung der additiven Fertigung auf Basis von 3D-Daten künftig eine stärkere Rolle spielen dürfte. Intelligente Software-Tools wie 4D_Additive von CoreTechnologie helfen in diesem Kontext bei der digitalen Transformation der Fertigung.

Das Faszinierende ist hierbei die direkte Verbindung von virtueller Welt und Fertigung. Das Produkt wird räumlich und zeitlich genau dort materialisiert, wo es benötigt wird. Im Sinne einer bedarfsgerechten und ressourcenschonenden Produktion ermöglicht Additive Manufacturing (AM) eine vernetzte, autarke, flexible und atmende Fertigung sowie entfallende Lager­kapazitäten und kurze Transportwege. Dabei sind auch individualisierte Kleinst­serien kostengünstig realisierbar, denn in der Theorie lässt sich bereits ab Losgröße eins wirtschaftlich fertigen.

Additive Fertigungsverfahren
Beim Nesting lassen sich für jedes Bauteil individuelle Freiheitsgrade definieren.
Bilder: CT CoreTechnologie

Additive Fertigungsverfahren automatisieren

AM ist heute bereits für die Kleinserien­fertigung komplexer Kunststoffteile konkurrenzfähig. Speziell für Pulverbettverfahren wie Jet Fusion und SLS bietet das automatische Nesting, also die Anordnung und Ausrichtung der Bauteile im Druckraum, einen hohen Nutzen. Der Zeitgewinn durch den Wegfall manueller ­Tätigkeiten schlägt sich im Bauteilpreis und in der Durchlaufzeit wieder. Durch Nesting-Funktionen, die auf künstlicher Intelligenz (KI) basieren, sowie Multiprozessor-Berechnung zur Nutzung aller Prozessoren des Computers wird eine schnelle automatische Füllung unter optimaler Ausnutzung des Bauvolumens sichergestellt.

Die „Pack and Optimize“-Strategie sorgt nicht nur für eine maximale Füllung des Bauraums, sondern auch für eine gleichmäßige Verteilung der zu druckenden Teile. Hierbei nutzt 4D_Additive die künstliche Intelligenz, indem die Software freie Stellen im Bauraum auffüllt, sodass eine optimale Verteilung erreicht und gleichzeitig Wärme-Nester vermieden werden.

Zur automatischen Orientierung der Teile auf der Bauplattform können die Krite­rien wie bestmögliche Oberfläche, minimale Kosten oder minimales Volumen von Stützgeometrien definiert werden. Vor allem beim Nesting im Sinne eines optimierten Wärmemanagements und maximaler Bauraumausnutzung sowie für die automatisierte Bauteil-Orientierung bietet der Einsatz von KI großes Entwicklungspotenzial.

Batch-Nesting und Datenbankanbindung

Mit Hilfe einer Datenbank aller verfügbaren CAD-Modelle lassen sich zeitnah benötigte Teile wie in einem Webshop bestellen. Alle für das Drucken notwendigen Vorbereitungen und Parameter sind vordefiniert, und die Teile werden automatisch angeordnet. Die so erzeugten Bauräume können in Form einer druckbaren Datei oder durch eine Direktverbindung über die API des Druckerherstellers an den Drucker geschickt werden. Das Nesting erfolgt hierbei automatisch und erfordert keine speziellen Kenntnisse des Anwenders. Dadurch lässt sich der komplizierte, zeitaufwändige und sich oft wiederholende manuelle Vorgang deutlich vereinfachen und beschleunigen.

Additive Fertigungsverfahren
Das automatische Nesting sorgt für eine optimale Verteilung der Bauteile.

Anwender wählen lediglich die Stückzahl der Teile in einem Web-Interface, danach wird der virtuelle Bauraum der Maschine automatisch befüllt, sodass eine optimierte Anzahl von Bauteilen auf den Plattformen untergebracht wird. In der neuesten Version der Software steht außerdem eine API zur Verfügung, wodurch sich die am PC erzeugten Slicing-Daten zeitsparend direkt an verschiedene Drucker senden lassen.

Einfache Zuordnung von Bauteilen und Texturen

Die Nachvollziehbarkeit der Fertigungs­position sowie die Erzeugung von eindeutigen und sicheren Bauteil-Nummerierungen ist ein wichtiges Thema im Rahmen der additiven Fertigungstechnologie. Mit dem Texturen-Modul von 4D_Additive lassen sich fortlaufende Nummern und digitale Codes regelbasiert als Beschriftung auf den Bauteilen erzeugen. So kann man Markierungen erstellen, die in Abhängigkeit ihrer Bauraumposition stehen. Diese erlauben Rückschlüsse auf die bauraumspezifische Oberflächengüte oder Mate­rialeigenschaften. Zusätzlich können auch Informationen über das jeweilige Bauteil wie Schwerpunkt, Datum oder Bauteilgröße oder auch vorhandene Attribute des CAD-Modells für die Beschriftung oder Erzeugung einer ID-Nummer verwendet werden. Zur Bauteilidentifikation lassen sich auch Bildinformationen wie QR-Codes auf den Bauteilen anbringen.

Additive Fertigungsverfahren: Zukünftige Entwicklungsfelder

In einer sich disruptiv wandelnden Produktionsumgebung ist es für Unternehmen nun an der Zeit, das Potenzial der additiven Fertigung ins Visier zu nehmen. Denn die Technologie kann für Unternehmen eines der zentralen Puzzlestücke sein, um in Zukunft unabhängiger von äußeren Einflussfaktoren zu werden. Additive Manufacturing (AM) wurde in diesem Kontext von der Industrie bis dato noch als wenig relevant eingeschätzt, denn die Globalisierung schien unaufhaltsam, und die wirtschaftliche Vernetzung sowie weltweite Transportwege schienen unverwundbar.

AM ist heute bereits für die Kleinserienfertigung komplexer Kunststoffteile – je nach Volumen und Bauteilgröße – konkurrenzfähig, wird aber noch keinesfalls flächendeckend eingesetzt.

In der zweiten Entwicklungsstufe des 3D-Drucks hin zum Additive Manufacturing haben sich in den letzten Jahren zahlreiche neue Verfahren und Maschinenhersteller hervorgetan, mit einem klar erkennbaren Fokus auf Produktion sowie dem Ziel, in Sachen Kosten- und Qualitätsoptimierung eine Serienfertigung von Bauteilen durch 3D-Druck-Verfahren zu realisieren. In diesem Kontext wird auch die Entwicklung der verschiedenen Post-Processing-Verfahren interessant, also des automatischen Entpackens und anderer nachgeschalteter Prozesse.

Ein zentraler Punkt zur Realisierung der Vision ist die Automatisierung von Additive-Manufacturing-Prozessen vom CAD-Modell bis zum fertigen Produkt. Damit die Technologie den Wandel hin zur Serienfertigung schafft, spielt Software in Zukunft eine noch wichtigere Rolle. Das Tool 4D_Additive folgt der Philosophie eines standardisierten und offenen sowie individuell konfigurierbaren Systems, damit sich auch neue Verfahren und Maschinen flexibel in die automatisierten Prozesse einbinden lassen. Um Additive Manufacturing auf breiter Front schneller zum Durchbruch zu verhelfen, arbeitet CoreTechnologie aktuell an einem einheitlichen Datenformat, auf dessen Basis die Ansteuerung der 3D-­Drucker erfolgen kann und das im Sinne der 3D-Master-Technologie alle fertigungsrelevanten Informationen des CAD-Modells enthält.

Der Autor Armin Brüning ist Geschäftsführer von CoreTechnologie.

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