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Additive Fertigung Was dem Metall-3D-Druck für den Einsatz in der Serienfertigung noch fehlt

Autor: Ute Drescher

Die Industrie fordert zunehmend Bauteile, die sich additiv und in Serie fertigen lassen. Das ist allerdings noch nicht uneingeschränkt möglich. Mark Cook, Vice President Metallprodukte bei 3D Systems, erklärt, warum und was noch zu tun ist.

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Mark Cook, Vice President, Metals Products, 3D-Systems
Mark Cook, Vice President, Metals Products, 3D-Systems
(Bild: 3D-Systems)

Für welche Metallbauteile kommt die Serienfertigung mit einem additiven Verfahren in Frage?

Mark Cook: Vor allem für die Fertigung hochwertiger Bauteile für spezielle Anwendungen, etwa in der Luft- und Raumfahrt. Der 3D-Druck macht es möglich, diese Bauteile mit einer völlig neu gestalteten Geometrie herzustellen. Dabei bleiben sowohl das Material als auch die Anwendung dieselbe. Allerdings ist ein Bauteil, das den Drucker verlässt, typischerweise nicht einsatzfähig, eine Nachbehandlung ist oft nötig.

Ist 3D-Systems aus diesem Grund die Parnterschaft mit GF Machining Solutions eingegangen?

Mark Cook: Ja! Die Kollegen bei GF Machining Solutions sind Experten für die subtrahierende Metallbearbeitung in der Serienfertigung, während wir bei 3D-Systems auf die additive Fertigung spezialisiert sind. Gemeinsam mit GF können wir nun den gesamten Bearbeitungsprozess ganzheitlich betrachten und die bisher unterschiedlichen Prozesse integrieren sowie effizienter gestalten.

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Wo sind dabei Hürden zu erwarten?

Mark Cook: Die additive Fertigung war in ihren Anfangsjahren eine Enabling-Technologie, die in den Entwicklungsabteilungen entstanden ist und dort auch eingesetzt wurde. Jetzt ist dieses Fertigungsverfahren im industriellen Produktionsumfeld angelangt. Hier hat GF Machining Solutions eine lange Geschichte, das Unternehmen bietet hochwertige Fertigungsmaschinen und Werkzeuge an. 3D-Druck-Herstellern fehlt in der Regel das Know-how für industriell eingesetzte Werkzeuge, für die Kriterien gefragt sind wie Total Cost of Ownership, Zuverlässigkeit, Wiederholgenauigkeit, Up-time oder Qualität. Bei 3D-Systems profitieren wir jetzt von dem Wissen, das GF hier einbringt.

Können Sie dafür ein konkretes Beispiel geben?

Mark Cook: Ein gutes Beispiel ist die Klemm-Technologie Systems 3R von GF, die es ermöglicht, Bauteile von einem Workcenter zum nächsten oder von einem Modul zum nächsten zu transportieren. Wir integrieren diese Klemmsysteme in unsere 3D-Drucker, den DMP Factory 500 und den DMP Factory 350. Das 3D-Metalldrucken startet auf einer Druckplatte (build plate). In der Regel muss das Bauteil dann von dieser Platte entfernt und für die weitere Bearbeitung in eine Bearbeitungsmaschine montiert werden. Eine der großen Herausforderungen dabei ist das Verständnis der Referenzpunkte. Sobald das Bauteil von der Druckplatte entfernt wird, geht auch der Referenzpunkt verloren. Der Klemm-Mechanismus, den wir jetzt in unsere Platten integrieren, gibt uns diese Nullpunkt-Referenz. So können wir nun große Metallteile herstellen, sie aus dem Drucker nehmen und in beliebige Module einsetzen. Wir können also direkt von einem 3D-Drucker zu einer Fräsmaschine gehen und die Bearbeitung fortsetzen. Das spart nicht nur Zeit, sondern erhöht vor allem Präzision und Qualität des Bauteils.

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3D-Systems und GF Machining Solutions

Bekannt gegeben haben 3D Systems und die GF Machining Solutions der Georg Fischer AG ihre Partnerschaft schon im August 2018. Mit der Kombination ihrer Stärken wollen die beiden Unternehmen die wirtschaftliche Produktion komplexer Metallteile innerhalb enger Toleranzen ermöglichen. Ziel ist ein neues Konzept für die Fertigungsautomation, das u.a. Software für die Teilekonstruktion, 3D-Drucker, Material und automatisiertes Material-Handling, Fräsmaschinen und Nachbearbeitungstechnologien umfasst.

Bieten Sie weitere Lösungen an?

Mark Cook: Wir können jetzt auch viele unterschiedliche Bauteile gleichzeitig fertigen. Auf der EMO 2019 haben wir zum Beispiel unseren Drucker Factory 500 mit einer Druckplatte gezeigt, auf der sich 12 individuelle Bauteile befinden. Mit Hilfe des System 3R können wir für jedes einzelne Teil Mini-Druckplatten bauen, jede ausgestattet mit ihrer eigenen Klemme und ihrer eigenen Nullpunkt-Referenz. So lässt sich jedes Bauteil problemlos für die Nachbearbeitung weitergeben. Und das ist erst der Anfang der Entwicklung. Ein weiteres Beispiel sind unsere herausnehmbaren Druckmodule (removable print modules). Sobald der Druck eines Bauteils abgeschlossen ist, kann der Anwender das erste Modul herausnehmen, das zweite einsetzen und sofort weiterdrucken.

Was muss sich aus Ihrer Sicht noch tun, um den Seriendruck im industriellen Umfeld zu etablieren?

Mark Cook: Es gibt noch viel zu tun! So müssen Software-Lösungen für die Qualitätssicherung in die Fertigungssysteme integriert, aber auch die Nachverfolgbarkeit der einzelnen Bauteile sichergestellt werden. Obwohl es schon heute Automatisierungslösungen dafür gibt, sind diese noch nicht vollständig integriert. Unsere DMP inspection software macht es zum Beispiel möglich, die Qualität einer Schicht schon während des Druckprozesses zu prüfen. Das ist nicht wirklich neu. Neu ist, diese Lösungen auch auf die additive Fertigung anzuwenden, und zwar im kritischen industriellen Umfeld der Serienproduktion. Das gilt nicht nur für uns, sondern auch für unsere Wettbewerber.

Welche Lösungen sind in zwei Jahren zu sehen?

Mark Cook: In den kommenden zwei Jahren werden wir vor allem lernen, wie wir auch mit der additiven Fertigung die hohe Qualität liefern können, die die Industrie fordert. Der nächste Schritt wird dann die Automatisierung des Prozesses sein, etwa der Transport von einer Arbeitszelle zur nächsten. Es wird vielleicht Roboter geben, die die Bauteile aus dem Drucker nehmen und sie in der nächsten Zelle einsetzen. Schon heute gibt es Lösungen für alle Teilschritte, Integration und Automatisierung werden nun folgen!

Vielen Dank Mark!

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Über den Autor

 Ute Drescher

Ute Drescher

Chefredakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht