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EOS-Strategie für wirtschaftliches 3D-Drucken

3D-Druck skalierbar einsetzen
Additive Fertigung optimal in die eigene Produktion integrieren

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Der industrielle 3D-Druck ermöglicht eine hochflexible und effiziente Produktion. Bild: EOS
Wie plane ich meine additive Fertigung so, dass ich meine Bauteile heute und in Zukunft wirtschaftlich 3D-drucken kann? Das ist die Kernfrage, mit der wir uns beschäftigen“, sagt Karsten Behrend, Digital Manufacturing Consultant bei EOS. Um auf diese Frage eine optimale Antwort geben zu können, hat der 3D-Druckanlagen-Hersteller EOS einen speziellen Service ins Leben gerufen: AM Production Optimization (AMPO).

» Frederick Rindle, Redakteur Konradin Industrie

Hauptbestandteil von AMPO sind zwei umfangreiche Demo-Fabriken am EOS-Standort in Maisach – eine für den industriellen Kunststoff-3D-Druck und eine für die additive Fertigung mit Metall. „Jede Demo-Fabrik verfügt über mehrere Produktionslinien mit verschiedenen EOS-Systemen und Peripheriegeräten“, sagt Behrend. Mithilfe der Demo-Fabriken kann der Kunden das auf seine Bedürfnisse abgestimmte Fabrik-Setup in einer realen Produktionsumgebung testen. Nebenbei können dort auch die Mitarbeiter geschult werden.

Fertigung wird als Ganzes beleuchtet

Bevor allerdings das Fabrik-Layout optimiert wird, können die Experten der EOS-Abteilung „Additive Minds“ im Bedarfsfall zusätzlich noch den 3D-Druckprozess an sich optimieren. Zusammen mit dieser Beratungseinheit können so im Vorfeld die optimalen Druckparameter, das Material und das Design des Bauteils bestimmt werden. „Nach der Beratung durch die Kollegen von Additive Minds kommt der Kunde dann zu uns“, beschreibt Behrend den Ablauf. „Wir betrachten den Druckprozess dann als black-box und kümmern uns gemeinsam mit dem Kunden um das optimale und auch zukunftsfähige Fabriklayout.“

Dafür wird der gesamte Fertigungsprozess – die Materiallogistik, die Baujobzeit, die Pulveraufbereitung und das Bauteilhandling – beleuchtet. In diesem ersten Schritt werden zudem auch die Personalsituation und die räumlichen Kapazitäten beim Kunden eruiert.

Gerade die Personalplanung ist für das spätere Fabriklayout ganz wesentlich. „Arbeite ich im Ein- oder im Drei-Schicht-Betrieb? Kann Samstags gegebenenfalls eine weitere Schicht hinzugefügt werden? Die Antworten auf solche Fragen sind im Besonderen dann, wenn sich die Anzahl der zu produzierenden Bauteile zukünftig ändern könnte, essenziell“, so Behrend. Weiterhin muss auch das Thema einer möglichen Automatisierung von Beginn an mitdiskutiert werden. „Hierfür ist für uns die Baujobzeit wiederum ausschlaggebend. Wir müssen schauen, wann welches Bauteil an welcher Station fertig ist und eventuell automatisch an eine weitere Station geliefert werden kann, ohne in Engpässe zu laufen“, sagt Behrend.

Mithilfe dieser Überlegungen soll schlussendlich ein Fabriklayout entstehen, mit dem ein bestimmtes Bauteil-Portfolio wirtschaftlich 3D-gedruckt werden kann. Wie in einer konventionellen Fertigung auch muss hierfür die Maschinenauslastung optimal gesteuert werden.

Der 3D-Druck wartet hierbei mit einer weiteren Besonderheit auf – der bauteilspezifischen Abkühlzeit. Diese ist laut dem Experten (heute) grob geschätzt meistens halb so lang wie die Bauzeit selbst im Polymerbereich. Um Stillstandzeiten der Maschinen zu reduzieren, gewinnt das Thema Automatisierung an Bedeutung. Zusätzlich muss noch das notwendige Post-Processing betrachtet werden. Hinzukommen können etwa auf der Polymerseite Färbe- und Strahlanlagen oder eine Säge auf der Metall-Seite. Dieses gesamte Anlagenkonzept aus 3D-Drucker und Post-Processing muss dann auch noch zum bereits bestehenden Maschinenpark des Kunden passen. „Wir schauen auch, ob überhaupt genug Platz da ist, ob sich die Anlagen in irgendeiner Weise stören könnten, und darauf, ob die Laufwege und die Zugänglichkeit für die Mitarbeiter optimal sind“, erklärt Behrend. „Dabei haben wir immer auch mögliche Wachstumsszenarien im Blick.“

Im Hinblick auf eine spätere Erweiterung der 3D-Druck-Kapazitäten kann es zum Beispiel sinnvoll sein, gleich von Beginn an eine größere Anlage zu wählen anstatt mehrere kleinere. Denn die größeren Anlagen können zumeist einfacher automatisiert werden. Somit muss das Fabriklayout später nicht noch einmal angepasst werden.

„Mit unserer Software können wir ein solches Ramp-up problemlos durchspielen. Als Ergebnis sehen wir dann, wie viele Bauteile mit diesem Layout zu welchen Kosten produziert werden können“, so Behrend. Im letzten Schritt, der Datenanalyse, wird dann noch die notwendige Software zu den Maschinen hinzugefügt. EOS bietet zum Beispiel für die Steuerung der Anlagen eine eigene Software, das EOSCONNECT Control Center, an. Darin werden die aktuellen Maschinenzustände und Produktions- und Stillstandszeiten abgebildet. Die EOS-Experten können aber je nach Bedarf auch auf andere Anbieter zurückgreifen. In diesem Schritt wird unter anderem auch die allgemeine Daten-Sicherheit bewertet.

3D-Druck-Anlagen im Praxistest

Das Besondere bei EOS ist nun, dass das gesamte Fabriklayout, wie es in der Software simuliert wurde, in Maisach auch praktisch getestet werden kann. Der Kunde kann so realitätsnah einzelne Prozessschritte oder den gesamten Prozess überprüfen lassen, um die Zahlen zu validieren. Hierfür wird ein Kundenbauteil in die Fertigung in Maisach eingetaktet und in einer kleinen Stückzahl gefertigt und nachbearbeitet. Die Bauteile können in der Fabrik zusätzlich auch automatisiert an die nächsten Stationen übergeben werden. „Das ist momentan ein einmaliges Angebot“, freut sich Behrend. EOS arbeitet hierfür mit einer ganzen Reihe an Partnern zusammen. Wie etwa Grenzebach für die Automatisierung oder Solukon für die Entpulverung im Metallbereich.

Ein besonderes Tool in der Demo-Fabrik ist der Planungstisch, auf dem alle Anlagen, Automatisierungen und Mitarbeiter platziert werden können, um so die gesamte Fabrik als Modell nachzustellen. Die Siemens-Software Tecnomatix wandelt dieses Modell in ein virtuelles Abbild um. So kann durch einfaches Verändern der Module auf dem Planungstisch direkt in der Software gezeigt werden, welche Auswirkungen das zum Beispiel auf die möglichen Stückzahlen haben wird. Später kann dieses grobe Layout dann nach den kundenspezifischen Gegebenheiten präzisiert werden. Mithilfe von Tecnomatix lassen sich auch die zu erwartenden Bauteilkosten errechnen. Diese Zahlen werden dann in die Businesscase-Analyse miteingebracht.

EOS liefert hierfür alle Werte rund um die Maschinen wie die Maschinenstundensätze und die Verbrauchswerte. Der Kunde kann dann noch seine realen oder Beispielwerte für seine Personalkosten und weitere Kostenpunkte hinzufügen. „Schließlich können wir dem Kunden ganz klar sagen, mit welchem Fabriklayout er welches Bauteil zu welchem Preis in welcher Stückzahl fertigen kann,“ freut sich Behrend.

Gerade im Kunststoffbereich wird das immer interessanter. Denn mit der neuen Eine-Million-Laser-Technologie von EOS können zukünftig auch 3D-Druck-Kunststoffbauteile mit den Stückzahlen aus dem konventionellen Spritzguss hergestellt werden und spätestens dann muss sich auch die additive Fertigung mit den Kosten einer konventionellen Fertigung mithalten können lassen.

Zufriedene Kunden

Als einer der ersten hat das Brillen-Start-up YOU Mawo Eyewear den AMPO-Service für seine Fertigung getestet. YOU Mawo entwickelt und gestaltet Brillen, die individuell auf den Kunden zugeschnitten sind. Die Brillenrahmen werden mit EOS 3D-Drucktechnologie gefertigt. Sie basieren auf einem Scan der Gesichtsform eines Kunden und sind somit komplett auf den Träger zugeschnitten. Gefertigt werden die Brillen aus dem Werkstoff PA 2200 auf dem EOS-System EOS P 396.

Sebastian Zenetti, Managing Director und Head of Sales bei You Mawo: „Gemeinsam mit EOS gestalten wir die Zukunft individuell gefertigter, 3D-gedruckter Brillen. Die EOS-Technologie hat uns überzeugt, da sie unsere Kriterien an hohe Qualität und geringe Ausschussrate erfüllt. Und sie unterstützt das Ziel einer nachhaltigen Produktion und Produkte.“ Und er fährt fort: „Da die Technologie das Design und die Herstellung von hochindividuellen Brillen ermöglicht, hilft sie uns auch, Überproduktionen zu vermeiden, Lieferketten zu minimieren und eine Nachfrage-basierte Produktion umzusetzen.“

„Der Produktionsstart der Firma YOU Mawo Eyewear wurde bei EOS in Maisach getestet und in die Serienproduktion überführt. Zusammen mit unseren Experten haben wir eine komplette Produktionslinie für den Polymer-3D-Druck aufgebaut und den gesamten Workflow optimiert, um ein profitables Ergebnis zu erzielen. Insbesondere bei der Oberflächenrauigkeit konnten wir die hohen Anforderungen von YOU Mawo erfüllen, die nun Brillenfassungen in großen Stückzahlen produzieren“, so Behrend.

Kontakt:
EOS GmbH Electro Optical Systems

Robert-Stirling-Ring 1
82152, Krailling
www.eos.info



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