AM-Training: Dank neuer Technologie auf der Überholspur in der Serienfertigung

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Althen GmbH Mess- und Sensortechnik

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Wurden mit additiven Verfahren zu Beginn vornehmlich Prototypen gefertigt, kommt die Technologie heute in vielen Branchen auch bei der Klein- und Mittelserienherstellung zum Einsatz. Welche Vorteile bietet die Technologie und wie lässt sie sich optimieren?

AM-Training: Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien wie Gitterstrukturen, Funktionsintegrationen oder innenliegende Hohlräume. Für den Leichtbau lassen sich mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) und durch Topologie-Optimierung Material, Gewicht und Kosten einsparen. Ein weiterer Vorteil ist die Baugruppenzusammenführung: Mit möglichst wenigen Bauteilen können möglichst viele technische Funktionen abgedeckt und auf kritische Fügetechnologien verzichtet werden. Zudem lassen sich schwer zerspanbare Materialien verarbeiten, getreu dem Motto „Einfach Drucken statt Zerspanen“. Prototypen können schnell und einfach hergestellt werden, um so das Bauteil für die Serienfertigung zu optimieren. Auch das Ersatzteilmanagement von morgen sieht durch die additive Fertigung vollkommen anders aus. So wird gedruckt, was gebraucht wird, wann es gebraucht wird und dort, wo es gebraucht wird.

Hybride Bauweisen möglich

Das Auftragschweißen bietet Vorteile zum Beispiel durch hybride Bauweisen. Bislang inkompatible Werkstoffe lassen sich aufschweißen, wodurch ein Rohling konventionell gefertigt und dann entsprechend individualisiert werden kann. Im Falle einer Reparatur scannt ein Linienscanner das defekte Bauteil ein. Der im CAD durchgeführte Soll-Ist-Vergleich vermerkt die beschädigten oder verschlissenen Stellen, so dass diese im Anschluss einfach aufgeschweißt werden können. Weiterhin sorgt das Beschichten mittels Hochgeschwindigkeitsschweißen für bessere Oberflächeneigenschaften, Hitze- und/oder Korrosionsbeständigkeit der Bauteile.

AM-Training für monetäre und logistische Vorteile

Nicht nur in Sachen Konstruktion revolutioniert die additive Fertigung die Produktion. Die Technologie bietet auch monetäre und logistische Vorteile. An erster Stelle steht für viele Unternehmen die Möglichkeit, den Umsatz zu steigern. Die Integration des 3D-Drucks in die vorhandene Fertigung bietet ein enormes Innovationspotenzial. Bestehende Grenzen werden überwunden, nicht selten neue Märkte erschlossen und neue Kunden gewonnen. Die additive Fertigung zeichnet sich durch Schnelligkeit und Flexibilität aus. So können Produkteinführungen erheblich beschleunigt werden, wodurch die Kosten sinken. Kürzere Durchlaufzeiten führen zu schnelleren Lieferzeiten. Die Herstellungskosten lassen sich auf vielfältige Weise durch den Einsatz der additiven Fertigung reduzieren.

Mit dem „First-Time-Right“-Prinzip liefert bereits der erste Druck optimale Bauteile. Geringe Stückzahlen lassen sich sehr wirtschaftlich abbilden. Auch bei der indirekten Fertigung zahlt sich die Technologie aus. Hilfsmittel, Formen, Sonderwerkzeuge, Spannvorrichtungen etc. müssen nicht zugekauft werden, sie können einfach an Ort und Stelle gedruckt und passend zur Anforderung konstruiert werden. Durch die „On-Demand“-Fertigung reduzieren sich die Lagerhaltungskosten nicht nur für Hilfsmittel und Werkzeuge, sondern entsprechend auch für Fertigteile. Niedrigere Transportkosten aufgrund der dezentralen Fertigung additiver Bauteile sind nicht nur ein monetärer und logistischer Vorteil, denn nachhaltige Lieferketten kommen auch der Umwelt zugute.

AM auf der digitalen Überholspur

Um die Schnelligkeit und Flexibilität der additiven Fertigung zu gewährleisten, bedarf es einer durchgängigen digitalen Prozesskette. Lange Zeit waren verschiedene Softwaresysteme bei den einzelnen Prozessschritten im Einsatz. Dies führte zu einem teilweise langwierigen Daten- und Fertigungsprozess. Mit Siemens NX lässt sich der gesamte Prozess von der Konstruktion über den Druck und die Weiterbearbeitung bis zum fertigen Bauteil optimieren. Es gibt keine Schnittstellen mehr, da nur ein Dateiformat verwendet wird. So werden Feedbackschleifen zwischen den einzelnen Prozessschritten ermöglicht.

AM-spezifische Designtools wie Gitterstrukturen oder Topologie-Optimierung sind in der Software integriert und ermöglichen den Anwendern neuartige Bauteilfunktionen. Änderungen an Bauteilen werden direkt in Rohteilen und anderen betroffenen Elementen der Entwicklung übernommen. Die Durchführung von schnellen Iterationen reduziert die Zeit von der Designerstellung bis zur CAM-Strategie. Alle Prozessschritte – von der Erstellung additiver Designs bis hin zum Druck – sind in einzelne Funktionspakete gepackt und kombinierbar. So kann die Software individuell auf die Bedürfnisse angepasst werden.

Virtuelles AM-Training

Die Additive Fertigung hat die Art und Weise, wie Produkte hergestellt werden, revolutioniert. Dank der Virtual-Reality-Technologie, lässt sie sich auf einer noch spannenderen Ebene entdecken. Von der Erkundung des 3D-Drucks im Pulverbett bis hin zur Durchführung komplexer Aufgaben - virtuelles AM-Training bietet eine sichere und kostengünstige Möglichkeit, Fähigkeiten in der additiven Fertigung zu entwickeln und zu verbessern. Der Mehrwert ist unabhängig von der Branche oder der Position, in der die Teilnehmenden tätig sind.

Im Fokus des VR-Trainings bei Ambitious steht die ganzheitliche Prozesskette. Die Grundlagen der pulverbettbasierten additiven Fertigung in Metall bilden ein solides Fundament. Danach führt das Training entlang der Prozesskette beginnend mit der Pulver- und Prozessqualifizierung über Richtlinien für AM-gerechtes Design bis hin zu Themen der Arbeitssicherheit und Anlagenvorbereitung. An den Bauprozess (Druck) schließt sich der Post-Prozess an. Dabei durchlaufen die Teilnehmenden die Schritte der Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile. Mit dem virtuellen AM-Training lässt sich die additive Prozesskette praxisnah und autodidaktisch erlernen. VR-Schulungen schaffen eine immersive Umgebung, in der die Aspekte des 3D-Drucks erlebt werden können. Man braucht keine physischen Maschinen und Materialien, dafür Motivation und Offenheit gegenüber neuen Technologien.

Verschiedene Begriffe – ein Thema

Beim L-PBF Verfahren (Laser Powder Bed Fusion) baut sich das Werkstück Schicht für Schicht auf. Der Laser schmilzt dabei das zu verarbeitende Material in Pulverform auf. Dadurch wächst das Bauteil sinnbildlich im 3D-Effekt in die Höhe. Im Gegensatz zur Zerspanung aus dem Vollmaterial (subtraktive Methode) kann bei der additiven Fertigung konturnah gedruckt werden. Neben dem Pulverbett gibt es auch achsen- oder robotergeführtes Auftragschweißen (Laser Metal Deposition (LMD) oder Directed Energy Deposition (DED)) sowie viele weitere Verfahren wie das Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Binder Jetting und Cold Metal Fusion.

Die Autorin Tina Hartmann-H’Lawatscheck ist Marketing-Spezialistin für Ambitious bei der Toolcraft AG.

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