Virtuelle Trainings: Diese neuen Richtlinien zur additiven Fertigung muss man kennen

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Wo bislang Versuch und Irrtum Zeit und Geld kosteten, dienen die Richtlinie DIN SPEC 17071 und der künftige Standard ISO/ASTM 52920 als wertvoller Leitfaden. TÜV Süd zeigt, warum sich Konstrukteure, die eine industrielle Additive Fertigung aufbauen, an diesen Standards orientieren sollten und wie sie sich dafür qualifizieren.

Virtuelle Trainings bringen Sicherheit! In der Pandemie beweist die additive Fertigung ihre Leistungsfähigkeit: Sie hilft, Versorgungslücken zu schließen und den erhöhten Bedarf an einzelnen Produkten zu decken. So werden Bauteile und Komponenten für Gesichtsschilde, Ventile, Filter, Drucksensoren oder Röntgenröhren vielerorts additiv gefertigt. Die Anwendungsfälle reichen von der allgemeinen Pflege bis hin zu hochpräzisen und personalisierten Geräten, selbst für Nischenmärkte.

Virtuelle Trainings helfen bei der Industrialisierung

Vor diesem Hintergrund macht es Sinn, die Industrialisierung der additiven Fertigung weiter zu beschleunigen. Auch bleibt die Qualität ein wichtiges Thema: Bei höheren Stückzahlen kommt es immer wieder zu Mängeln. Oder die Produkteigenschaften sind in der (Klein-)Serie nicht immer reproduzierbar. Das kann zu Sicherheits- und Haftungsrisiken führen, die mitunter die Wirtschaftlichkeit der Produktion gefährden.

Industrielle Fertigungsreife für hohe Stückzahlen

Standards werden Normen, wenn sie sich bewähren. Vorgehensweisen müssen dann nicht jedes Mal in Unternehmen neu definiert werden, was auch deren Akzeptanz verbessert.

Mit der Richtlinie DIN SPEC 17071 existiert ein ganzheitlicher Prozessleitfaden für die additive Fertigung, der sich eignet, Prozesse fortlaufend zu überprüfen und zu optimieren. Der Leitfaden dient dazu, klare Anforderungen an die Prozesskette einheitlich zu formulieren und damit die technologisch und operativ notwendige Qualitätskontrolle zu systematisieren. Zusätzlich erscheint diese bald als ISO/ASTM 52920 im Entwurf.

Die ISO/ASTM 52941 gibt es bereits im Entwurf. Sie adressiert die Systemleistung und Betriebssicherheit und soll zur Richtlinie werden, wenn pulverbettbasierte Laserstrahlmaschinen, die für Luft- und Raumfahrtanwendungen produzieren, zur Abnahme geprüft werden.

Unternehmen, die diese Standards berücksichtigen, erreichen eine industrielle Fertigungsreife für hohe Stückzahlen zuverlässig. Damit einher geht die Investitionssicherheit für neue Produktionslinien wie dezentrale Fertigungsstätten für verkürzte Lieferketten.

Beispiel Laserstrahlschmelzen

Beim selektiven Laserstrahlschmelzen wird eine dünne Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgetragen. Durch die punktgenaue Hitzeeinwirkung des Lasers schmilzt das Pulver an den über CAD-Daten vorgegebenen Stellen zu einer festen Metalllegierung. Danach senkt die Maschine die Plattform ab und wiederholt diesen Vorgang, bis das gewünschte Bauteil schichtweise entstanden ist. In der Praxis können Qualitätsmängel auftreten, wenn beispielsweise das Metallpulver nicht ordnungsgemäß gelagert oder gehandhabt wurde. Verunreinigungen oder Feuchtigkeit verändern die chemische Zusammensetzung des pulverförmigen Werkstoffs. Ein sorgfältiger Umgang, etwa durch das Tragen von Handschuhen, schützt nicht nur die Mitarbeiter, sondern auch die Rohstoffe.

Die spezifische Qualitätssicherung der additiven Fertigung umfasst vor allem Technologiebedingte Maßnahmen. Vollständig dokumentiert werden sollte zum Beispiel der Umgang mit den Rohstoffen – genau wie die Wartung und Kalibrierung der Anlagen und Prüfmittel. Denn die Historie der Werkstoffe und Bauteile und die CAD-Prozesse sollten lückenlos nachvollziehbar sein. Auch das Datenhandling muss reproduzierbar sein. Klare Arbeitsanweisungen helfen dabei, die Prozesse zu sichern. Laufkarten sollten die Mindestanforderungen in Form von Qualitätskenngrenzen enthalten. Nach der Qualifizierung der Geräte, der Werkstoffe und des Verfahrens ist der Produktionsprozess fortwährend mit Stichproben und Materialanalysen zu überwachen.

Virtuelle Trainings durch erfahrene AM-Ingenieure

Anwender, die erste Erfahrungen mit den neuen Maschinen und Werkstoffen sammeln, sind mit komplexen, technischen und organisatorischen Anforderungen konfrontiert. Es mangelt bisweilen an Fachwissen. Da es auf das Ausgangsmaterial genauso ankommt wie auf die gesamte Führung des Fertigungsprozesses, ist eine Qualifizierung der Mitarbeiter zentral. Das reicht von Konstrukteuren über Maschinenbediener, Ingenieure und Qualitätsmanager bis hin zu Vertriebsmitarbeitern und Projektleitern. Bei Fluktuation oder beim Anlernen neuer Mitarbeiter ist das besonders wichtig. Mit branchenspezifischen Trainings und Zertifizierungen unterstützt TÜV Süd Unternehmen dabei.

Das Fertigungsstätten-Zertifikat nach der TÜV-Süd-Prüfgrundlage PPP 11001 „Additive Manufacturer“ bescheinigt Unternehmen eine gesicherte Fertigungsqualität nach dem Stand der Technik auf Basis aktueller Richtlinien und Standards. Die unabhängigen Auditoren begutachten dazu alle qualitätsrelevanten Punkte wie Maschinen, Werkstoffe, Prozesse und Methoden sowie die Qualifizierung der Mitarbeiter. Mit der Zertifizierung reduzieren industrielle Fertiger Haftungsrisiken und sichern ihre Investitionen ab. Nicht zuletzt sind weniger Lieferantenaudits nötig, da Einkäufer klare Entscheidungskriterien haben.

Virtuelle Trainings für Konstrukteure, Qualitäts­manager, Produktionsleiter

Weil es sich bei der additiven Fertigung um eine recht neue Technologie handelt, fehlen Fachkräfte. Um von Einzellösungen zu einer ganzheitlichen Qualifizierung zu kommen, empfiehlt TÜV Süd folgende Seminarthemen zur additiven Fertigung:

• Fundamentals

• Quality and production management

• Specification of parts for purchase

• Health and safety

• Risk Assessment and Management

• Process Validation

• Design Validation

• Industry Standards

Der Autor Gregor Reischle ist Head of Additive Manufacturing bei TÜV Süd.

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