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3D-Druck-Fabrik

Automatisierte Additive Fertigung

| Autor: Simone Käfer

NextGenAM oder wie Daimler, EOS und Premium Aerotec die Additive Fertigung automatisierten. Wie ihnen das gelungen ist, erklären Vertreter der drei Unternehmen anhand einzelner Prozessschritte.

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Next-Gen-AM: In Varel haben die Projektpartner eine vollautomatisierte 3D-Druck-Fabrik aufgebaut. Auf der Pilotanlage produzierte Bauteile sind bei Lkw von Daimler bereits eingebaut.
Next-Gen-AM: In Varel haben die Projektpartner eine vollautomatisierte 3D-Druck-Fabrik aufgebaut. Auf der Pilotanlage produzierte Bauteile sind bei Lkw von Daimler bereits eingebaut.
( Bild: EOS )
  • Digital gesteuert vom Leitstand, sind die Transportwege von Pulver, Bauplatte und Rüstrahmen im Next-Gen-AM-Projekt automatisiert. Somit wird ein 24/7-Betrieb möglich.
  • Ein komplett automatisiertes Pulverhandling inklusive Entpulverung, Reinigung und Rückfuhr des Metallpulvers sorgt dafür, dass die Laserschmelzmaschine nicht stillstehen muss.
  • Zur Entfernung der Stützstrukturen wurde eine Stand-alone-Säge so umgebaut, dass sie von einem Roboter bestückt werden kann. Außerdem wird mit einem Nullpunkt-Spannsystem gearbeitet.

Ein Roboter bringt die Bauplattform vom Hochregallager zur Laserschmelzanlage. Aus der anderen Richtung kommt das Pulver. Die Maschine startet den Druckvorgang. Ist der Druck beendet, fährt ein fahrerloses Transportsystem die Bauplatte zur Entpulverung und später zur Säge, welche die Stützstrukturen entfernt. Währenddessen wird das überschüssige Pulver aufbereitet und dem nächsten Baujob zugeführt, der parallel startete. Einen Menschen sucht man in der Produktionslinie vergeblich.

Damit diese vollautomatisierte Produktionslinie für Additive Fertigung funktioniert, haben EOS, Premium Aerotec und Daimler über zwei Jahre hinweg intensiv zusammengearbeitet. Der gesamte Prozess von Auftragseingang bis Stützstrukturentfernung wurde in fünf Produktions- beziehungsweise Aufgabenbereiche zerlegt, mit denen sich je ein unternehmensübergreifendes Team auseinandersetzte.

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Automatisiertes Rüsten

Das Team „Automatisierung bis zum Jobstart“ um Dominik Hertle und Felix Hammerschmidt hat eine Lösung gefunden, um hoch qualifizierte Mitarbeiter auch in der AF-Produktion dort einzusetzen, wo ihr Know-how benötigt wird. Bisher mussten sie aufgrund der wenig automatisierten Vorgänge in der Additiven Fertigung ihre Arbeitszeit unter anderem mit dem Pulvertransport verbringen. Jetzt sitzen sie am Leitstand. Dieser arbeitet zwar weitest­gehend selbstständig, trotzdem muss das System überwacht werden und wenn notwendig kann der Mitarbeiter auch eingreifen. Also hat das erste Team des Next-Gen-AM-Projekts die Transport­wege von Pulver, Bauplatte und Rüstrahmen mit Roboter und fahrerlosen Transportsystemen automatisiert und damit auch einen 24/7-Betrieb ermöglicht. Neben der Pulverbereitstellung ist auch der gesamte Pulverkreislauf automatisiert, erklären die Teamleiter. In einem abgeschlossenen Kreislauf wird das nicht geschmolzene Metallpulver wieder aufbereitet und der Maschine erneut zugeführt. „Abgesehen von Wartungen und Reinigungen in regelmäßigen Intervallen, muss von Hand nicht mehr in die Prozesskette eingegriffen werden", fasst Hammerschmidt zusammen.

Sicheres Pulverhandling

Eine lückenlose Rückverfolgbarkeit und die Sicherheit rund um das Metallpulver standen auf der Aufgabenliste des Teams von Benjamin Bietau und Dominik Kummer. Da mit reaktiven Metallen gearbeitet wird, ist ein geschlossener Werkstoffkreislauf nötig. Eine Automatisierung des Pulverkreislaufs trägt nicht nur zur Zeit- und Kosteneffizienz bei, sondern auch zur Sicherheit von Mitarbeitern. Bei Next-Gen-AM wird die Bauplattform nach dem Druck mit einem fahrerlosen Transportsystem zur Auspackstation gebracht, wo das Pulver automatisch entfernt wird. Das geschieht mit einer IPM M Unpack Station L von EOS. IPM steht für Intelligent Powder Management. Diese Entpulverungsstation arbeitet mit einem geschlossenen Pulverkreislauf unter Schutzgasatmosphäre in nur einem Modul. Sie kann für drei Maschinen des Typs EOS M 400 oder EOS M 400-4 genutzt werden.

Der geschlossene Pulverkreislauf bildet die Grundlage für eine hohe Wiederverwendbarkeit des Pulvers, ebenso wichtig ist, dass die Leitstandsoftware die Pulvercharge genau im Blick hat. Während das Pulver entfernt, aufbereitet und zurückgeführt wird, ist die Laserschmelzanlage schon längst mit ihrem nächsten Druckjob beschäftigt. So steht sie nie still. „Dadurch wird die Downtime des Lasers nicht angegriffen”, führt Bietau aus. „Er ist immer an, weil die Pulverzufuhr prozessparallel und das Auspacken laufzeitparallel vonstattengeht.“ Natürlich muss der Laser sich zwischendurch abkühlen, aber zu geplanten Zeiten. „Wir streben Rückführungsraten von 98 bis 99 % an”, verkündet Kummer. Ein Problem dabei ist, dass sich das Pulver mit Partikelgrößen von 15 bis 45 oder 20 bis 60 µm von den fein strukturierten Bauteilen nicht so einfach entfernen lässt. „Dafür haben wir applikationsspezifische Auspackanleitungen angelegt, mit denen wir auf den jeweiligen Baujob eingehen können. So erzielen wir sehr hohe Reinigungsraten”, erklärt Kummer.

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