Innovative Automationslösungen für Additive Manufacturing 2.0

Autor Peter BerensErstellt am Keine KommentareSchlagwörter , , , Kategorien Connected Automation

Additive Manufacturing ist ein Wachstumsmarkt, für 2020 werden zweistellige Milliardenumsätze erwartet. Um der disruptiven Technologie aber zu ihrem Durchbruch zu verhelfen und die Schwelle vom bisherigen Prototypen- und Werkzeugbau zur industriellen Massenfertigung zu überwinden, braucht es innovative Automationslösungen.

Wollen Maschinenbauer die erforderliche Produktivität zur Serienfertigung erreichen, müssen sie den bislang hohen manuellen Arbeitsanteil, die Ausschussquote sowie den Aufwand zur Qualitätsprüfung reduzieren und die Maschinen erfolgreich in die Produktionslinie integrieren. Beide Herausforderungen lassen sich mit einer performanten, intelligenten und konnektiven Automatisierung meistern.

IoT als Schlüsseltechnologie

Im Sinne der Factory of the Future sind AM-Maschinen horizontal und vertikal mit übergeordneten und angrenzenden IT-Systemen zu vernetzen. Für das Industrielle Internet der Dinge setzt Bosch Rexroth auf offene i4.0 Standards, wie z.B. OPC UA. Bei voller Server/Client-Funktionalität lassen sich auch Prozesse, Zykluszeiten und Energieverbräuche in Echtzeit evaluieren und zugunsten von Produktivität und Qualität optimieren. In Verbindung mit intelligenten Algorithmen in der Antriebs- und Steuerungstechnik praktiziert Bosch Rexroth zudem die vorbeugende Wartung (Predictive Maintenance).

3D-Druck und die Fabrik der Zukunft

Dezentrale Intelligenz, schaltschranklose Antriebstechnik und offene Standards machen die nächste Generation an AM-Maschinen fit für die Fabrik der Zukunft. Drahtlose Kommunikation und modular aufgebaute Fertigungslinien steigern die Flexibilität und senken die Rüstzeiten, das Fabrik-Layout kann so den aktuellen und künftigen Anforderungen folgen. Den nächsten logischen Schritt bildet die Dezentralisierung der Steuerung, die ihre Programme dann bedarfsgerecht aus der Cloud erhält.

Was die Hardware können muss

Ob Metall, Kunststoff oder Keramik: der Output im jeweiligen AM-Verfahren hängt direkt von der Leistungsfähigkeit der CNC oder Motion Control ab. Je kürzer die Zykluszeiten, desto schneller laufen die NC-Programme. Je höher die Leistung, desto schneller lassen sich 3D-Daten auf der CNC rechnen, Prozessdaten in Echtzeit erfassen und verarbeiten. Das CNC-System MTX von Rexroth erreicht dies mit einer Kombination aus performantem Dual-Core Prozessor und reaktionsschneller dezentraler Intelligenz. Viele Zusatzaufgaben lassen sich so direkt in der Maschine übernehmen. Projektierung, Programmierung und Inbetriebnahme aller Systemkomponenten erfolgen einheitlich per IndraWorks Engineering.

Additiv aufgebautes Werkstück – vor und nach der spanenden Feinbearbeitung in derselben Maschine. (Quelle: J.G. WEISSER SÖHNE GmbH & Co. KG)

Additiv aufgebautes Werkstück – vor und nach der spanenden Feinbearbeitung in derselben Maschine. (Quelle: J.G. WEISSER SÖHNE GmbH & Co. KG)

 

Die Software macht die Musik

Um den additiven Materialauftrag präzise führen und einfach durch Prozessgrößen beeinflussen zu können, muss auch die Steuerungs-Software besonders leistungsstark sein. Die MTX System-Software enthält dafür viele AM-spezifische CNC-Funktionen, etwa eine intelligente Temperaturregelung und 3D-Online-Simulation mit Kollisionserkennung, welche die Bauzeit, Positionierung und Bahnführung der Druckköpfe automatisch visualisiert. Der standardisierte G-Code wird von jeder Slicer-Software unterstützt. Integrierte NC-Verschlüsselungstechnik schützt herstellerspezifisches Know-how.

Digitalisierung des Workflows

Einen weiteren Entwicklungsfokus bildet die Digitalisierung des Workflows mit typischen Aufgaben wie Druckkonfiguration, Auftragsmanagement, Maschinen-Monitoring inklusive Online-Prozessmodifikation oder Steuerung der Intralogistik. Weil dies ohne Schnittstellen zu den beteiligten Softwareprogrammen (z.B. CAD/CAM-Systemen oder Simulationslösungen) nicht gelingt, besitzt das CNC-System MTX eine offene Systemarchitektur und das Open Core Interface. Maschinenpark-Betreiber können so ihre Workflows einfach integrieren. Zu den Vorteilen im Vorfeld der Produktion zählen Materialsimulationen oder die Zertifizierung qualitätsrelevanter Parameter. Unter anderem fügt sich das CNC-System hierfür nahtlos als „Hardware in the Loop“ in Simulationsumgebungen ein.

Leistungsstark, intelligent und konnektiv: das CNC-System MTX von Rexroth. (Quelle: Bosch Rexroth AG)

Leistungsstark, intelligent und konnektiv: das CNC-System MTX von Rexroth. (Quelle: Bosch Rexroth AG)

 

Industrieller 3D-Druck in der Praxis

Wie leistungsfähig industrieller 3D-Druck sein kann, stellt beispielsweise Norsk Titanium AS unter Beweis. Der weltweit führende Anbieter von additiven Fertigungstechnologien für luft- und raumfahrttaugliches Titan begründete die erste additive Fertigung im industriellen Maßstab. In seinen Rapid Plasma Deposition™-Maschinen steuert eine MTX neben Plasmabrennern zehn Servoachsen zur Bauteilherstellung und Förderung bzw. Handhabung des Titandrahts. Weiterhin übernimmt die MTX in Echtzeit die Prozessoptimierung, indem sie Sensoren auswertet und Korrekturgrößen berechnet. Bosch Rexroth brachte in diese Partnerschaft die Erfahrung aus über hundert konzerneigenen AM-Projekten ein sowie weitere Systemkomponenten wie Antriebsregler, Versorgungseinheiten, Motoren und Lineartechnik, darunter das hochgenaue integrierte Messsystem IMS.

Der deutsche Werkzeugmaschinenhersteller Weisser präsentierte erstmals auf der EMO 2017 sowie auf der Metav 2018 das Weisser Additive Manufacturing Exponat, das mit einer Additive-Friction-Welding-Einheit (AFW) ausgestattet ist. Mit dieser lassen sich feine Metallschichten auf metallische Werkstoffe auftragen und anschließend spanend feinbearbeiten. So bleibt die finale Kontur unter geringstmöglichem Materialeinsatz erhalten. Auch diese Technologie profitiert vom CNC-System MTX, dessen Bedienoberfläche sich dank offener Architektur nahtlos in das Multi-Touch-Bedienpanel integriert.

Multifunktional und materialsparend: additive Fertigungsmaschine von Weisser mit MTX von Rexroth. (Quelle: J.G. WEISSER SÖHNE GmbH & Co. KG)

Multifunktional und materialsparend: additive Fertigungsmaschine von Weisser mit MTX von Rexroth. (Quelle: J.G. WEISSER SÖHNE GmbH & Co. KG)

Die Zukunft wird noch einfacher

Mit leistungsfähigen und hoch konnektiven Automationslösungen werden industrielle 3D-Drucker ausreichend schnell und prozesssicher für die Serienproduktion. Offene Schnittstellen unterstützen bei der Workflow-Digitalisierung. IoT-Connectivity weist den Weg in die Fabrik der Zukunft. Beim erforderlichen Know-how-Aufbau helfen erfahrene Systempartner wie Bosch Rexroth, die neben Engineering- und Applikationssupport aus einer Hand auch ergänzende Technologien wie dezentrale Antriebs- oder Lineartechnik mit integrierter Sensorik bieten können.

Über den Autor:

ist Gruppenleiter im Branchenmanagement CNC-Systeme für umformende und additive Fertigungsverfahren bei der Bosch Rexroth AG in Lohr am Main. Er ist Diplomingenieur für Maschinenbau und seit 1990 bei Bosch Rexroth tätig.

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