Umfassende Serienproduktion in der additiven Fertigung

Von Rachael Pasini | 30. Mai

Der Übergang von der Prototypen- und Kleinserienfertigung zur Serienfertigung von Kunststoff- und Metallteilen in der additiven Fertigung erhöht die effiziente Nutzung von 3D-Druckgeräten, sorgt für eine sichere Arbeitsumgebung und schafft einen optimalen Produktionsfluss. Um eine effiziente Serienproduktion zu erreichen, bedarf es jedoch einer intelligenten Automatisierung und Vernetzung, die es ermöglicht, lange Produktionszeiten von Bauteilen im 3D-Druck mit kürzeren Vor- und Nachschritten perfekt zu integrieren.

Von Oliver Elbert, Leiter Additive Fertigung • Grenzebach Gruppe

Additive Fertigung (AM) oder 3D-Druck ist die Herstellung eines dreidimensionalen Objekts aus einem CAD-Modell oder einem digitalen 3D-Modell. Dies kann in einer Vielzahl von Prozessen erfolgen, bei denen Material computergesteuert aufgetragen, verbunden oder verfestigt wird, wobei Material (z. B. Kunststoffe, Flüssigkeiten oder Pulverkörner) typischerweise Schicht für Schicht hinzugefügt wird.

Vor 35 Jahren galten 3D-Drucktechniken nur für die Herstellung funktionaler oder ästhetischer Prototypen als geeignet. In den letzten Jahren haben sich jedoch Präzision, Wiederholbarkeit und Materialvielfalt der additiven Fertigung zu einer realisierbaren Technologie für die industrielle Produktion entwickelt.

Da es sich bei der additiven Fertigung um einen Materialverbindungsprozess handelt, bei dem ein Produkt direkt aus seinem 3D-Modell hergestellt werden kann, normalerweise Schicht für Schicht, bietet es erhebliche Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungstechnologien wie CNC-Bearbeitung oder Gießen. Additive Fertigungsverfahren haben die einzigartige Fähigkeit, die Herstellung von Teilen mit komplexer Form sowie komplexer Materialverteilung zu ermöglichen und die Gestaltungsfreiheit für Designer erheblich zu erweitern.

Die Herausforderung bei der additiven Fertigung liegt in der langen Produktionszeit jedes einzelnen Artikels im 3D-Drucker, wohingegen vor- und nachgelagerte Produktionsschritte deutlich kürzere Durchlaufzeiten haben. Dies führt zu erheblichen Ineffizienzen im gesamten additiven Fertigungsprozess.

Die Lösung ist die Serienproduktion mit intelligenter Automatisierung und Vernetzung aller vor- und nachgelagerten Prozesse im 3D-Druckzyklus. Anwender profitieren von automatisierten Prozessen und sorgen gleichzeitig für einen optimalen Materialfluss zwischen einzelnen Geräten wie Druckern, Entpuderungs- und Finishing-Systemen. Neben einer effizienteren Nutzung der 3D-Druckgeräte sorgt die automatisierte Produktion für eine sichere Arbeitsumgebung für die Arbeiter.

Verbesserte Effizienz. Automatisierung vernetzt Prozessschritte mit unterschiedlichen Durchlaufzeiten intelligent und zuverlässig. 3D-Druck, Vor- und Nachbearbeitungssysteme werden mechanisch, elektronisch und digital synchronisiert, wodurch ein optimal ausgelasteter Maschinenpark mit maximaler Leistung entsteht.

Niedrigere Kosten pro Teil. Durch die intelligente Vernetzung der einzelnen Arbeitsschritte ist eine maximale Nutzung aller Systeme möglich. Dies ermöglicht eine Produktion mit geringeren Kosten pro Teil.

Arbeits-und Gesundheitsschutz. Bei der Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen kann es zu Gesundheitsrisiken durch Feinstaub und Nanopartikel kommen. Optimal konzipierte Automatisierungslösungen entsprechen den Arbeitsschutzbestimmungen und reduzieren Risiken für die Arbeitnehmer.

Mehrere Prozessschritte unterschiedlicher Dauer machen die additive Fertigung zu einer komplexen Angelegenheit. Jeder Hersteller hat spezifische Anforderungen an die Art des Materials, das für den 3D-Druck sowie für Vor- und Nachbearbeitungsverfahren verwendet wird. Um eine Abfolge von 3D-Druckfunktionen für eine optimierte Serienproduktion vorzubereiten, müssen die Automatisierungskomponenten für jeden Prozess berücksichtigt werden.

Im Folgenden finden Sie eine Aufschlüsselung automatisierter Systemlösungen, die eine intelligente Synchronisierung der Serienproduktion für die additive Fertigung unterstützen. Diese Systeme umfassen Be- und Entladen, additive Fertigung, Entpulverung und Nachbearbeitung:

Die additive Fertigung eröffnet vielen Branchen neue Perspektiven, doch die Automobil- und die Luft- und Raumfahrtindustrie waren die ersten, die sich diese äußerst wichtige Technologie zu eigen machten. Für die Herstellung von Bauteilen nutzen diese Industrien zunehmend die Möglichkeiten der additiven Fertigung.

Fahrzeuge und Flugzeuge können mit weniger Komponenten, aber mit verbesserter Funktionalität und geringerem Gesamtgewicht konstruiert werden. Für eine sichere und effiziente Serienproduktion von Bauteilen im 3D-Druck sind intelligente Automatisierung und Vernetzung erforderlich.

Insbesondere die Synchronisierung von Produktionsschritten und Transporten zwischen Fertigungszellen, wie sie in der Serienproduktion gezeigt werden, ist immens wichtig. Eine gute Kapazitätsauslastung ist entscheidend. Nur so kann das Equipment bei langen Produktionszeiten eines Bauauftrags im Drucker und deutlich kürzeren Durchlaufzeiten vor- und nachgelagerter Produktionsschritte optimal genutzt werden.

Da sich so viele Faktoren auf additive Fertigungsprozesse auswirken können, ist es für Hersteller wichtig, einen erfahrenen Experten für 3D-Druckautomatisierung zu konsultieren, der die Besonderheiten und Prioritäten kennt, die die Serienproduktion im Hinblick auf ihre Anwendung beeinflussen. Dies ist für die Bedarfsanalyse und optimale Konzeptentwicklung notwendig, um eine reibungslose Integration in die Produktionsumgebung, einschließlich der Einbindung bestehender Maschinen in die Prozesskette, sicherzustellen. Automatisierungsexperten helfen Herstellern bei der Entwicklung von Lösungen, die das Erreichen des gewünschten Produktionsdurchsatzes und der Prozesskontrolle erleichtern und gleichzeitig eine maximal effiziente Nutzung der 3D-Druckausrüstung gewährleisten.

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