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3D-Druck-Fabrik

Automatisierte Additive Fertigung

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Stützstrukturen absägen

Die Bauteile sind nun entpulvert und müssen noch von ihren Stützstrukturen befreit werden. Damit hat sich das Team „Postprocessing“ um Alexander Hemmen und Patrick Böhnke befasst. Die wahrscheinlich wichtigste Frage beim Absägen der Stützstrukturen ist: Woher weiß die Säge, an welchen Stellen sie in welchem Winkel sägen muss – und wie weit? „Um einen automatisierten Ablauf zu garantieren, haben wir die Maschine mit einem Nullpunkt-­Spannsystem ausstatten lassen”, erklärt Hemmen. Denn durch ein einheitliches Spannsystem, das eine wiederholbare, genaue Position des Bauteils vorgibt, wird das Rüsten deutlich einfacher und kann von einem Roboter durchgeführt werden. Außerdem hat der Leitstand so immer die exakte Position und Ausrichtung der Bauteile, die er an die Säge weitergeben kann. Die Positionsdaten werden während des Drucks generiert. Aber das Befestigen der Bauplatte war nicht das einzige, was für eine Automatisierung verändert wurde. So musste die Stand-alone-Säge so umgebaut werden, dass sie vom Roboter bestückt werden kann. „Wir fahren bei der Säge kein Standardprogramm”, fügt Hemmen an. „Dort, wo sich das Bauteil befindet, fährt die Maschine Sägevorschub. Wo keines ist, fährt sie auf maximalem Vorschub.” Das habe zusätzlich zu Zeiteinsparungen geführt.

Ein Standardroboter, im Next-Gen-AM-Projekt ein Kuka, übernimmt das Be- und Entladen sowie das Rüsten der Bauplatte.
Ein Standardroboter, im Next-Gen-AM-Projekt ein Kuka, übernimmt das Be- und Entladen sowie das Rüsten der Bauplatte.
( Bild: EOS )

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Die Herausforderung für dieses Team lag allerdings nicht nur in den Hardware-Schnittstellen der einzelnen Maschinen. Damit alle entscheidenden Daten rechtzeitig zwischen den Maschinen und dem Leitstand ausgetauscht werden können, müssen die Maschinen in Echtzeit miteinander kommunizieren. Doch Maschinen von fünf verschiedenen Herstellern nutzen unterschiedliche Kommunikationsprotokolle. „Sie die gleiche Sprache sprechen zu lassen, war das schwierigste", erklärt Böhnke. Um Informationen zwischen Maschinen und Leitstand auszutauschen, wird OPC UA genutzt. „So haben wir einen Online-Blick auf jede Maschine, können diese beurteilen und steuern”, sagt Böhnke.

Durch den digitalen Zwilling, der während des Baujobs erstellt wird, soll eine Rückverfolgbarkeit bis zum Qualitätsreport gewährleistet sein. Eine Qualitätsprüfung findet bei der Next-Gen-AM-Linie nach der Wärmebehandlung statt. Geprüft wird mit einer 3D-Vermessungsstation des Unternehmens GOM.

Der Kopf des Systems – der Leitstand

„Wir haben die Infrastruktur geschaffen, um die Maschinen miteinander sprechen zu lassen”, ergänzt Klaus Zeche aus dem nächsten Team. Dieses Team hat sich mit dem Ort befasst, an dem alles zusammenläuft und von wo aus jeder Prozess angestoßen wird – dem Leitstand. Er nimmt die Sensordaten auf, die alle Maschinen liefern, und weiß so immer, was in der Produktionslinie im Gange ist. „Wir haben den Leitstand in die Lage versetzt, seinen eigenen Plan zu definieren, um Arbeits­aufträge abzuarbeiten. Er weiß, welche Ressourcen zur Verfügung stehen und was wann passieren sollte“, erklärt Zeche. Um die vom Leitstand erstellten Arbeitspläne in die Linie zu bringen, waren Schnittstellen zum ERP- und PLM-System nötig. „Da wir auf der grünen Wiese gestartet sind, konnten wir von Anfang an Richtung Industrie 4.0 entwickeln und das ERP direkt in den Leitstand inte­grieren“, hebt Kim Kappen den Vorteil des Projektes hervor. So können die Aufträge vom SAP über den Leitstand direkt in die Fertigungszelle gespielt werden.

Dabei spielen Datenformate eine entscheidende Rolle. Die Teams beim Next-Gen-AM-Projekt hatten schließlich nicht nur mit den unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen und Datenformaten der verschiedenen Maschinen zu kämpfen. Auch die Vorlieben der beiden Anwendungspartner Premium Aerotec und Daimler mussten berücksichtigt werden. Denn während man in der Luftfahrt mit Catia von Dassault Systèmes arbeitet, hat sich in der Automobilindustrie Siemens NX etabliert. „Das zu lösen, war der erste Schritt, um auf Veränderungen in der Nachfrage schnell reagieren können“, so Zeche. Was die Produktionslinie schon kann, ist ein Loadbalancing. Doch überraschte der Leitstand sein Team mit unerwarteten Entscheidungen. „Da ist also noch Potenzial für Logiken, die effizienter sind als unsere First-in-first-out-Logik“, gewährt Zeche einen Blick in die Zukunft. Um dem Leitstand seine Planungsautonomie zu nehmen, kann ein Bediener auch manuell auf das Planungstool zugreifen, in dem die Aufträge und deren Durchlaufzeiten in einem Balkendiagramm dargestellt sind. Der Leitstand übernimmt die händisch durchgeführten Änderungen automatisch und hält sich an die neue Priorisierung.

Kosteneffizienz – wo kann man sparen?

Für das Team um Christoph Wielenberg und Oliver Neufang ging es um Geld. Sie sollten die Frage beantworten: Wo kann man in einer additiven Produktions­linie am besten Kosten sparen? Um das herauszufinden, hat das Team „Kosteneffizienz” eine Material­flusssimulation erstellt, die über sämtliche Prozessschritte von Pulverhandling bis Qualitätssicherung reichte. Über mehrere Fertigungssimulationen konnten sie feststellen, wo am besten in die Anlage investiert werden sollte. Dann kam zu der Materialfluss­simulation die Kostenkalkulation hinzu. „Das war wichtig, um den anderen Teams Hinweise zu geben, bei welchen Schritten sie am sinnvollsten automatisieren”, sagt Wielenberg. Diese Simulationen hat das Team sowohl für einzelne Bauteile als auch für jeden Prozessschritt betrachtet. „So konnten wir erkennen, welche Kosten an welchem Bauteil in welcher Höhe entstehen – und welche Art von Kosten", erklärt Wielenberg den Aufwand. Da die Additive Fertigung dann am günstigsten ist, wenn der Bauraum gefüllt werden kann, ist es wichtig, möglichst viele Bauteile in einem Baujob unterzubringen. „Dadurch ist auch eine Vermischung von Aufträgen – in unserem Fall von Premium Aerotec und Daimler – möglich”, ergänzt Neufang. „Hierbei muss man allerdings darauf achten, ob und, wenn ja, inwieweit die unterschiedlichen Bauteilgeometrien die Qualität des benachbarten Bauteils beeinflussen.”

Durch die Automatisierung und Digitalisierung der Produktion wird die Additive Fertigung flexibel und skalierbar, die digitale Verwaltung der Aufträge durch den Leitstand ermöglicht eine maximale Auslastung der Systeme. Das alles führt zu einer Senkung der Kosten und macht die Additive Fertigung auch für größere Stückzahlen und eine Serienproduktion lukrativ.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal MM Maschinenmarkt erschienen.

* Weitere Informationen: EOS in 82152 Krailling, Tel. (0 89) 8 93 36-0, info@eos.info

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Über den Autor

Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung, Werkstoffe und Materialfluss, Vogel Communications Group