3D-Metalldruck: Die additive Fertigungslinie kommt

Der industrielle Einsatz von 3D-Technologien lief bisher noch nicht so richtig rund, vor allem, weil sich die additiven Herstellungsinseln nicht optimal in die industriellen Prozessketten integrieren lassen. Doch Anbieter des 3D-Metalldruckes machen Fortschritte. „Unternehmen, die die gesamte additive Prozesskette beherrschen, verschaffen sich einen echten Vorteil im Wettbewerb“, sagt Daniel Lichtenstein, Leiter Vertrieb und Marktentwicklung Additive Manufacturing bei Trumpf. Wichtig sei es, die vor- und nachgelagerten Prozesse im Auge zu behalten. Es ergebe keinen Sinn, ein Teil schnell oder über Nacht zu drucken, wenn man dann eine Woche mit den Nacharbeiten beschäftigt ist.

Bei Trumpf arbeitet man an 3D-Maschinen, die immer produktiver werden, so Lichtenstein weiter. Wichtige Voraussetzungen dafür sind der Einsatz von mehreren Lasern sowie das Vorwärmen der Baukammer, um noch mehr Materialien prozesssicher verarbeiten zu können. Mit seiner neuen Anlage TruPrint 3000 rückt der Anbieter die komplette Prozesskette der additiven Fertigung in den Fokus. Sie basiert auf der LMF-Technologie (Laser Metal Fusion), die andere Hersteller als Laserschmelzen oder Lasersintern bezeichnen. Per Laser generiert sie Schicht für Schicht komplette Bauteile im Pulverbett

Mit zwei Vorratszylindern und bis zu 75 l Pulver ist die TruPrint 3000 für die Serienproduktion gewappnet, denn der Baujob muss nicht unterbrochen werden. Und selbst wenn das Pulver einmal knapp werden sollte, greift das Wechselzylinderprinzip, mit dem sich die Materialboxen während des Fertigungsprozesses austauschen lassen. Neben dem geschlossenen Pulverkreislauf sind die nachgelagerten Arbeitsschritte Entpacken und Reinigen des frisch generierten Bauteils ebenfalls in die Prozesskette integriert. Dies ermöglicht auch Hauptzeit-paralleles Rüsten und Nacharbeiten und stellt eine hohe Maschinenverfügbarkeit sicher.

„Mit der TruPrint 3000 rücken wir die Industrialisierung der additiven Fertigung mit durchgängiger Prozesskette in den Fokus. Wir betrachten nicht nur die Fertigungstechnologie selbst, sondern ganz im Sinne von Industrie 4.0 auch die vor- und nachgelagerten Arbeitsschritte“, erläutert Peter Leibinger, Vorsitzender der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH: „Wir wollen damit die Produktivität unserer Anlagen für die additive Fertigung weiter erhöhen. Das gilt auch für die TruPrint 5000, die auf dem Multilaser-Prinzip basiert und in diesem Jahr auf den Markt kommt.“ Laut Leibinger wird sie mit drei 500 W starken Lasern ausgestattet sein, die gleichzeitig im gesamten Bauraum belichten und so zu hohen Aufbauraten führen.

Parallel statt sequenziell lautet auch die Zukunftsdevise von Concept Laser. Mit seiner neuen Anlagenarchitektur M Line Factory verfolgt der Hersteller von 3D-Metalldruckern zur additiven Fertigung den Kerngedanken der Entkoppelung von „Pre Production“ und „Production“ für eine automatisierte, digitalisierte und vernetzte industrielle Serienfertigung. Das Konzept mit einer neuen Maschinenarchitektur und einer maximalen Laserleistung von 4 x 1000 W für einen maximalen Bauraum von 400 mm³ arbeitet mit einem automatischen Werkzeugwechselsystem. Concept Laser lässt erstmals die Bauteilproduktion und die Auf- und Abrüstvorgänge in zwei unabhängigen Maschineneinheiten stattfinden, so dass diese räumlich getrennt voneinander betrieben werden können. Das Herzstück bilden drei voneinander unabhängige Module, das Dosiermodul, das Baumodul und das Überlaufmodul. Sie können erstmals einzeln angesteuert werden und bilden keine zusammenhängende Einheit. Dies ermöglicht es, Produktionsabläufe nun parallel statt sequentiell ablaufen zu lassen, sodass Verfügbarkeit und Ausbringungsmenge der Prozesskette erhöht werden.

Hinzu kommt ein neuer, zeitsparender Beschichtungsprozess: Ausgerüstet mit zwei Achsen, erlaubt er es, den Beschichter parallel zur Belichtung zurückfahren zu lassen – ohne die heute marktüblichen Probleme mit Schweißspritzern bei Systemen, die in beide Richtungen beschichten. Die Folge ist eine Zeitersparnis beim Beschichten. „Dieser Ansatz gestattet eine wirtschaftliche Serienproduktion, mit der sich die Wertschöpfung unserer Nutzer merklich steigern lässt“, so Oliver Edelmann, Leiter Vertrieb & Marketing bei Concept Laser stolz.

Integriert werden soll ein automatisiertes Werkzeugwechselsystem für den Laserauftragskopf, wie es aus der CNC-Maschinentechnik bekannt ist. Zudem hat Concept Laser die passende Auspackstation im Programm. Und in Kooperation mit Swisslog, einem Mitglied der KUKA Gruppe, soll künftig ein fahrerloses Transportsystem (FTS) integriert werden, das zum Beispiel das Pulver und die Bauteile automatisiert bewegt. Auch dies dient der wirtschaftlichen Serienproduktion additiver Metallbauteile.

Anbieter EOS kommt mit seiner neuen M 400-4 als einem ultraschnellen Vier-Laser-System zur Herstellung von Metallteilen im industriellen Maßstab daher. Auf dieser Anlage mit einem 400 mm3 großen Bauvolumen lassen sich sämtliche Rüst-, Auspack-, Förder- und Siebtätigkeiten unabhängig vom und parallel zum Bauprozess durchführen. „Damit sorgen wir dafür, dass Unternehmen industriellen 3D-Druck erfolgreich einsetzen können“, so Dr. Tobias Abeln, Chief Technical Officer bei EOS. Darauf zielt auch die Entwicklungspartnerschaft, die EOS mit Audi eingegangen ist. EOS unterstützt den Automobilbauer bei der ganzheitlichen Implementierung der industriellen 3D-Druck-Technologie und beim Aufbau eines additiven Druck-Zentrums in Ingolstadt.

Erste Anwendungen findet der industrielle 3D-Druck in den Audi-Bereichen Betriebsmittel- und Prototypenbau sowie im Motorsport, wo die Technologie heute schon wirtschaftlich eingesetzt wird. „Die Industrie befindet sich aktuell im nächsten großen Entwicklungsschritt: der Integration der Additiven Fertigung in bestehende und zukünftige Produktionsumgebungen mit dem Ziel, den Teile- und Datenfluss in der Serienfertigung weiter zu optimieren“, stellt Dr. Adrian Keppler fest, Chief Marketing Officer bei EOS. Auch die Verknüpfung additiver und konventionell subtraktiver Fertigungsschritte spiele hier eine zentrale Rolle. In diese Richtung zielt die Kooperation von EOS mit Siemens. Dank einer Integration der Eosprint-Software in NX sollen Anwender künftig nur noch in einer Software-Umgebung schneller und verlässlicher additiv in Serie produzieren können.

Auch DMG Mori will seine Digitalisierungskompetenz ausbauen. Der Werkzeugmaschinenhersteller bündelt mit einer Mehrheitsbeteiligung an der Realizer GmbH verschiedene generative Fertigungsverfahren für metallische Werkstoffe unter einem Dach. Realizer, bekannt als Pionier für das selektive Laserschmelzen im Pulverbett-Verfahren, hat mit der neuen SLM 300i mit „i“ für „integriert“ in der Typenbezeichnung eine Anlage auf den Markt gebracht, die schon ein wenig an klassische Papierdrucker erinnert. Denn analog zu Patronen werden für das Pulvermanagement lediglich Einschubwagen zusammengesteckt. Durch das Einschubwagensystem, angelehnt an das Wechseln einer Druckerpatrone, dauert ein Materialwechsel nicht mehr länger als zwei Stunden und der Benutzer kommt mit dem Material überhaupt nicht mehr in Kontakt. „Früher dauerte der Wechsel zwischen Materialien bis zu anderthalb Arbeitstage“, so Realizer-Geschäftsführer und Inhaber Dr. Matthias Fockele.

Additive Industries aus Eindhoven erreicht nach eigenen Angaben schon heute eine zehnfach höhere Produktivität, verglichen mit klassischen Midrange-Systemen. Die Multilaser-Anlage MetalFAB1 bietet ein Bauvolumen mit rund 410 mm Kantenlänge. Ein Grund für die gewagte Aussage der Niederländer: Neben dem eigentlichen 3D-Druckprozess sind die Wärmebehandlung, die automatisierte Bauplattenhandhabung und die Lagerung in einem industriellen Fertigungssystem integriert. Ein Roboter verbindet alle Prozessschritte und ermöglicht eine vollautomatische Handhabung von Bauplatten und Fertigprodukten.

Anwender wie Airbus und Automobilzulieferer GKN nutzen das neue System für die Einführung ihrer additiven Fertigungsstrategien, die sie später auf größere MetalFAB1-Systeme für die industrielle Serienproduktion übertragen wollen. Anfang dieses Jahres übergab Additive Industries seine erste MetalFAB1-Anlage im Rahmen eines Beta-Programms an die Airbus-Tochtergesellschaft APWorks, gefolgt von Food-Anlagenbauer Kaak Group und dem Schleifmaschinenanbieter United Grinding Group.