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Additive Manufacturing

Wo steht die additive Serienpoduktion?

| Autor/ Redakteur: Prof. Dr.-Ing. Norbert Babel* / Dorothee Quitter

Die Industrie möchte die Verfahren der Additiven Fertigung gerne zur Herstellung ihrer Serienprodukte einsetzen – einige Möglichkeiten gibt es bereits.

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Pilotanlage des Next-Gen-AM-Projekts zur automatisierten additiven Fertigung der nächsten Generation: Technischer Kern der Anlage ist das Vier-Laser-System EOS M 400-4 zum metallbasierten industriellen 3D-Druck. Ein fahrerloses Transportsystem und Roboter sorgen für einen reibungslosen Durchlauf der Teile durch die gesamte Produktionslinie [9].
Pilotanlage des Next-Gen-AM-Projekts zur automatisierten additiven Fertigung der nächsten Generation: Technischer Kern der Anlage ist das Vier-Laser-System EOS M 400-4 zum metallbasierten industriellen 3D-Druck. Ein fahrerloses Transportsystem und Roboter sorgen für einen reibungslosen Durchlauf der Teile durch die gesamte Produktionslinie [9].
(Bild: EOS)

Die Verfahren der Additiven Fertigung drängen in die Serienproduktion. Aber was verstehen wir unter dem Begriff 3D-Druck in der Serienfertigung? Hier gibt es verschiedene Sichtweisen in Bezug auf den Begriff der Serienfertigung, die bei einem Automobilhersteller, der in Millionenstückzahlen denkt, anders aussehen, als bei einem Brillenhersteller oder Fahrradproduzenten. Doch wann werden die additiven Fertigungsverfahren für die Serien- oder Massenproduktion interessant? 

Da wäre zunächst die Individualisierung von Massenprodukten  bzw. die Individualität in der Serie. Dieser Ansatz beruht darauf, dass die additiven Fertigungsmethoden für die Produktion von Serienprodukten eingesetzt werden, wenn Individualität bei einem Massenprodukt, in welcher Form auch immer, gefragt ist.

Massenprodukte individualisieren

Beispiele hierfür sind der Sportschuh Futurecraft 4D von Adidas, der zum Teil mittels 3D-Druck produziert und bei dem mit einer Stückzahl von ca. 5000 Paar kalkuliert wird [1]. Oder die individuelle Sohleneinlage, bei der mit Hilfe von 3D-Scans und dynamischen Ganganalysen kundenspezifisch angepasste Einlagen mittels additiver Fertigung bereitgestellt werden [2].

Ein anderer Bereich, in dem die additive Fertigung immer mehr präsent wird, ist die Brillenherstellung. Immer mehr Optiker bieten ihren Kunden den Service einer individualisierten Brille, beruhend auf dem 3D-Scan der Kopfkontur, an. Dadurch kann die Gesamtgröße der Fassung, die Bügellänge sowie die Breite der Nasenauflage millimetergenau auf die Kopfform des Trägers abgestimmt werden. Zudem ist es möglich, z.B. im Brillenbügel einen persönlichen Schriftzug platzieren zu lassen [11]. Auch die Autoindustrie folgt diesem Trend mit vom Kunden individualisiert gestalteten Blinker- oder Interieurabdeckungen [3].

Individualität in der Serie ist aber auch bei Kunstobjekten mittels 3D-Druck unter Verwendung unterschiedlicher Materialzuführung oder mittels Verschiedenfarbigkeit im Filament möglich, wodurch mit zufälliger, individueller Farbgebung Unikate in Serie entstehen.

Serienprodukte additiv fertigen

Der Ansatz der parallelen Fertigung, wie er vor allem im spanenden Bereich seit langem angewandt wird, bedeutet, dass viele Maschinen gleichzeitig das gleiche Teil produzieren. Der Charme beim 3D-Druck besteht dabei aber zusätzlich noch darin, dass bei einem entsprechenden umfänglichen Maschinenpark an 3D-Druckern, infolge der werkzeuglosen Fertigung ohne Umrüstung, auf jeder Maschine auch verschiedene Teile herstellt werden können und so von der Serienfertigung jederzeit zur Einzelteilfertigung umgestellt werden kann und damit ein hochflexibler Maschinenpark zur Verfügung steht.

Eine andere Variante der parallelen Fertigung stellt der Einsatz von Mehrfachdruckköpfen dar, die gleichzeitig das gleiche Teil mehrfach produzieren. Hier gibt es Maschinen, die mit bis zu zehn Druckköpfen ausgestattet sind und damit simultan zehn gleiche Kunststoffobjekte auf einer Plattform produzieren können [10]. Auch im 3D-Metalldruck existieren bereits solche Lösungen, wie beispielsweise bei der True Print 5000 von Trumpf [8], bei der drei 500-Watt-Laserköpfe zeitgleich am gleichen oder an verschiedenen Teilen arbeiten, sowie bei der M 400/4 von der Firma EOS [9], die mit vier Laserköpfen ausgestattet ist.

Eine weitere Variante zur Organisation der Serienfertigung stellt die Endlosfließfertigung dar. Die niederländische Firma  Blackbelt [7] präsentiert einen 3D-Drucker, der durch ein integriertes Transportband diese Art der Serienproduktion ermöglicht. Die Anlage kann durch das eingebaute Fließband viele gleiche oder verschiedene Objekte hintereinander drucken, aber auch Endlosmodelle (340 mm x 340 mm x unendlich) sind möglich, wobei eine Limitierung nur in der Materialmenge auf der Filamentspule besteht.

In dem Projekt Next-Gen-AM haben sich die Firmen EOS, Premium Aerotec und Daimler schon 2017 zusammengeschlossen, um die Grundlagen eines Produktionssystems für eine künftige Serienfertigung mittels 3D-Druck zu entwickeln [9]. Anfang September 2018 wurde die erste Pilotanlage im norddeutschen Varel in Betrieb genommen. Es handelt sich hierbei im Prinzip um das System einer flexiblen Fertigungszelle, bei dem das Herzstück ein Vier-Laser-System der Firma EOS für den metallbasierten 3D-Druck darstellt. Ein Roboter übernimmt dabei das komplette Handling. Er legt die gedruckten Teile zur Wärmenachbehandlung in einen Ofen, entnimmt diese anschließend wieder und bringt sie für die Qualitätssicherung zu einer 3D-Messstation. Abschließend gelangt die Bauplattform zu einer Säge, welche die Teile davon trennt. Das Besondere an der Anlage ist, dass die einzelnen Prozessschritte vollautomatisiert erfolgen und manuelle Schritte fast eliminiert wurden [9].

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* Prof. Dr.-Ing. Norbert Babel, Hochschule Landshut, Fakultät Maschinenbau

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