Schichtbauverfahren im Fokus

Der Autor: Michael Corban, Redakteur KEM

Vertragen sich Serienfertigung und Losgröße Eins? Ja, meinen Deutsche Messe, VDMA und Arburg, und zeigen anlässlich der Leitmesse Digital Factory im Rahmen der Hannover Messe 2015, wie solch ein Industrie-4.0-Szenario aussehen kann. Dazu nutzen sie die Additive Fertigung (Additive Manufacturing – AM), da sich mit ihr kundenindividuelle Bauteile sehr einfach auf Basis der digitalen Produktdaten erstellen lassen. Konkret wird in der ‚Additive Manufacturing Plaza‘ eine Prozesskette zur Herstellung und Individualisierung von Lichtschalter-Wippen gezeigt. Bestandteile dieser Prozesskette sind

Das Interessante dabei ist, dass sich die hier gezeigte Prozesskette auch in der Praxis nutzen lässt und sich Serien- und Einzelteilfertigung in einer Linie koppeln lassen – als ein Baustein einer Industrie-4.0-Fertigung, mit der sich bis hinab zu Losgröße Eins kundenindividuelle Produkte ‚in Serie‘ herstellen lassen.

„Die Additive Manufacturing Plaza findet in dieser Form das erste Mal statt“, erläutert Marc Siemering, Geschäftsbereichsleiter Hannover Messe bei der Deutschen Messe als Veranstalterin. „Zugleich wird damit auch über das Thema Industrie 4.0 die Brücke in die Automatisierung geschlagen – dem Kernthema der Hannover Messe folgend: Integrated Industry – Join the Network!“ Von Vorteil ist, dass die Digital Factory in den Hallen 7 und 8 direkt an die Leitmesse Industrial Automation grenzt, die in den Hallen 8, 9, 11 sowie 14 bis 17 stattfindet. Partner der Additive Manufacturing Plaza sind neben Arburg als Exklusivpartner für Technik und Know-how aus den Bereichen Additive Fertigung und Spritzgießen von Serienprodukten sowie die Vernetzung der Abläufe über ein Leitrechnersystem auch Gira (Produktdesign und Werkzeugbau), Trumpf (Laserbeschriftung der Bauteile), Fuchs Engineering (Qualitätsprüfung) und FPT Robotik (Automation).

„Wir freuen uns über die Möglichkeit, unseren Freeformer und die patentierte Technologie des Arburg-Kunststoff-Freiformens in diesem Umfeld zu präsentieren“, ergänzt Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg. Für den Maschinenbauer sind die Additive Fertigung und Individualisierung von Kunststoffteilen von hoher Bedeutung mit Blick auf die langfristige Ausrichtung des Unternehmens. Arburg ist Lieferant sowohl von ‚einfachen‘ Maschinen bis hin zu hochkomplexen, aber dennoch flexibel nutzbaren Fertigungsanlagen. „Dazu gehören auch die Themen Leitsysteme und MES – wir bieten ein informationsintegriertes System.“

Arburg beschäftige sich speziell mit dem Freiformen aufgrund des Wunsches der Kunden, individuelle Produkte in kleinen Losgrößen effizient herzustellen, betont Dr. Oliver Keßling, Abteilungsleiter Kunststoff-Freiformen bei Arburg. „Einer der Hauptvorteile des bereits zur Messe K 2013 vorgestellten Freiformens ist, dass Standardmaterialien des Spritzgusses verwendet werden können.“ Die erreichbaren Zugfestigkeiten liegen bei rund 80 % der im normalen Spritzguss erreichbaren Werte (siehe dazu auch Info im Kasten).

Mit den Chancen der Additiven Fertigung beschäftige sich insbesondere auch die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA, deren Mitgliederzahl sich seit Gründung im Frühsommer 2014 verdoppelt habe, berichtet VDMA-Projektleiter Rainer Gebhardt. „Aktuell gehören ihr 66 Mitglieder an, welche die gesamte Wertschöpfungskette der Schichtbauverfahren abdecken.“ Erstaunlich ist, dass nach Angaben von Gebhardt immer noch Konstrukteure fehlen, die die Möglichkeiten der Additiven Fertigung „kennen und können“ würden. Erstaunlich deshalb, weil inzwischen sicherlich die erste Ingenieurgeneration in den Unternehmen arbeitet, die die Schichtbauverfahren – und damit die Chancen im konstruktiven Bereich! – bereits im Studium kennengelernt haben. Ein weiteres Problem bezüglich der Nutzung dieser Technologien sei zudem das Problem der Schnittstellen, so Gebhardt weiter. Mit der angestrebten digitalen Durchgängigkeit von der Produktentwicklung bis hinein in die Fertigung und den Service wird dies sicherlich ein Thema sein, dass noch viel Diskussionsstoff bietet. Der Schulterschluss zwischen Digital Factory und Industrial Automation in Hannover kann hier nur hilfreich sein. I

Halle 7, Stand A48

Mit dem Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) bietet Arburg ein industriell einsetzbares Verfahren für die Additive Fertigung von Funktionsbauteilen an. Die Bauteile werden dabei aus Standardgranulaten – also den auch im Spritzguss verwendeten Standardmaterialien – hergestellt, auf Basis der 3D-CAD-Daten und werkzeuglos. Das Granulat wird ähnlich wie beim Spritzgießen zunächst in einem Plastifizierzylinder aufgeschmolzen. Eine starre Austragseinheit mit spezieller Düse trägt die Kunststofftropfen mittels hochfrequenter Piezotechnik im vorgegebenen Takt (60 bis 200 Hz) schichtweise auf den Bauteilträger auf. Der Durchmesser der unter Druck erzeugten Kunststofftropfen beträgt je nach Düse zwischen 0,18 und 0,3 mm. Der bewegliche Bauteilträger wird so positioniert, dass jeder Tropfen auf die vorher berechnete Stelle gesetzt wird. Dabei verbinden sich die winzigen Tropfen beim Abkühlen von selbst. So entsteht Schicht für Schicht das gewünschte dreidimensionale Bauteil. Der Bauraum des Freeformers bietet Platz für Teile, die maximal 190 x 135 x 250 mm groß sind. Standardmäßig ist die Maschine mit einem über drei Achsen beweglichen Bauteilträger und zwei feststehenden Austragseinheiten ausgestattet. Mittels der zweiten Austragseinheit lässt sich auch eine zusätzliche Material-Komponente nutzen, um etwa ein Bauteil in verschiedenen Farben, mit spezieller Haptik oder als Hart-Weich-Verbindung zu erzeugen. Bei Bedarf kann der Freeformer auch Strukturen aus einem besonderen Stützmaterial aufbauen, um ungewöhnliche oder komplexe Bauteilgeometrien zu realisieren.