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17.07.2017

Additive Technologien als Sahnehäubchen

Die Tage der klassischen Werkzeugmaschine sind nicht gezählt

Alle Welt redet von 3D-Druck, additiver Fertigung und generativen Schichtbautechnologien. Gleichwohl muss die klassische Werkzeugmaschine noch lange nicht ihr Gnadenbrot fressen. Als Hemmschuh für den Durchmarsch additiver Technologie in die individualisierte Massenfertigung galt für Carl Fruth von der Fit AG noch vor einigen Jahren die fehlenden produktionstauglichen Fertigungsanlagen. Das hat sich inzwischen verändert.

  • Carl Fruth, Vorstandsvorsitzender der FIT AG, Lupburg: „Eine Vielzahl unserer Kunden möchte gerne eine Substitution bestehender Komponenten mittels additiver Technologien herstellen. Das ist jedoch nur sehr selten möglich.“ (© FIT)

  • Egal ob jedes Bauteil oder bei Gleichteilen jedes 50. geprüft werden muss: Auch additive Fertigung benötigt ebenso wie andere Fertigungstechnologien eine Qualitätsprüfung (© FIT)

  • Peter Scheller, Marketing Direktor bei Siemens PLM Software, Köln: „Der wichtige Schritt, den wir jetzt gehen, ist die Integration aller Prozessschritte in eine Plattform mit zentraler Bedienoberfläche, auf der sowohl die Geometrie als auch die Druckbahnenerzeugung in einem sicheren Datenformat abgelegt werden.“ (© Siemens PLM)

  • Innovative Konstruktionsansätze fördern: Mit integrierten Technologien für Simulation und Analyse lässt sich das Verhalten der Konstruktion vorausberechnen (© Siemens PLM)

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Laut Fruth möchten viele Kunden gerne bestehender Komponenten mittels additiver Technologien einfach substituieren, was jedoch nur sehr selten möglich ist. Im Regelfall sei eine Neuentwicklung der Komponenten und sehr häufig auch der angrenzenden Komponenten des Systems notwendig. Zum einen scheuen viele Unternehmen vor diesem Aufwand zurück und zum anderen werden spezielle Entwicklungskompetenzen für diese neue Fertigungstechnologie benötigt.

Neue Konstrukteure braucht das Land

Wenn traditionelle Gestaltungsrichtlinien außer Kraft gesetzt werden, bedarf es auch einer neuen Generation von Konstrukteuren, die funktionsorientiert denkt. Additives Herstellen bedeute, „dass mit der Gestaltung nicht nur die Geometrie, sondern auch die Materialeigenschaften sowie die Bauteilkosten wesentlich festgelegt werden. Diese Komplexität erfordert spezielles Training und Erfahrung. Hinzu kommt, dass es bis heute kein Softwaretool gibt, in dem alle erforderlichen Funktionen vorhanden sind. Man muss also mit unterschiedlichen und komplexen Softwaretools arbeiten. Sehr häufig verliert man beim Übergang von einem Tool zum anderen Informationen. Wenn man bei der Bauteilentwicklung bis zu acht Iterationen benötigt, ist der erhebliche Aufwand hierbei offensichtlich.“

Die benötigten Kompetenzen habe zudem nicht ein einzelner Konstrukteur, sondern nur ein Team. In den klassischen Unternehmen sind die Kompetenzen noch dazu auf verschiedene Abteilungen aufgeteilt – hinzu kommen Kompetenzgerangel und Unsicherheit. Unternehmen sehen das aber auch als Chance: „Wir unterstützen unsere Kunden in diesem Prozess und trainieren sie Bauteil für Bauteil auf Höchstleistung in AM-Design. Deshalb nennen wir diese Produkte auch ADM – Additive Design and Manufacturing“.

Beim Thema „additive Fertigung in automatisierten Prozessketten“ – sieht Fruth Nachholbedarf: „Solange eine Zeichnung und dicke Aktenordner mit Text notwendig sind, um ein Produkt zu spezifizieren, wird das nichts mit Industrie 4.0. Und dabei geht es nicht darum, ob es auch eine PDF-Datei der Spezifikation gibt – es geht um maschinenlesbare Spezifikationen und deren voll-automatische Umsetzung.“ Bisherige Schwachpunkte, wie die Reproduzierbarkeit der Prozesse, die Qualitätssicherung bei Massenfertigung oder verlässliche Simulationsmethoden, seien dagegen fast ausgeräumt: „Alle Beteiligten haben das Problem verstanden und arbeiten zielgerichtet an Lösungen.“

Mehr Technologien teilen sich den Markt

Die Frage, ob denn die konventionelle Werkzeugmaschine arbeitslos wird, beantwortet der AM-Experte differenziert: „Die Fertigung von Bauteilen erfolgt in einer Prozesskette. Heute und auch morgen. Additiv gefertigte Bauteile benötigen ebenso wie andere Fertigungstechnologien eine Qualitätsprüfung: ob jedes Bauteil oder jedes 50. bei Gleichteilen, spielt dabei gar keine Rolle. Insofern denke ich nicht, dass es ein Ersetzen bestehender Technologien gibt.“ CNC-getriebene Verfahren seien alle sehr flexibel einzusetzen und würden alle ihren Markt haben.

Die Frage sei vielmehr: „Welchen Anteil kann jede einzelne Technologie am Gesamtkuchen haben?“ Das Stück für die unterschiedlichen additiven Fertigungstechnologien ist derzeit winzig klein, es könne nur größer werden. Fruth glaubt jedoch auch, „dass der Kuchen insgesamt für CNC-Verfahren größer wird, auf Kosten werkzeuggebundener Fertigungstechnologien und anderer sehr personalintensiver Verfahren. Wir setzen auf die Kombination der unterschiedlichen CNC-Technologien.“

Auf der bevorstehenden EMO Hannover 2017 erwartet Fruth „die neuesten CNC-basierten Fertigungstechnologien, zu denen die additive Fertigung zählt, zu finden sowie neuartige potenzielle Produktlösungen in diesem Bereich.“

Durchgängige Software-Lösungen für die additive Fertigung

Eine „neue Lösung für die additive Fertigung“ bietet seit Kurzem Siemens PLM Software, die Business Unit für Product Lifecycle Management (PLM), Köln, an, die ebenfalls auf der EMO ausstellt. Das Angebot besteht aus integrierter Software für Konstruktion, Simulation, digitale Fertigung sowie Daten- und Prozessmanagement. Dadurch sei es möglich, ein „generatives Design automatisiert zu erstellen, und zwar auf Basis neuer Funktionen für optimierte Topologien“. So entstehen häufig organische Formen, auf die ein Konstrukteur von sich aus kaum käme und die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur sehr kompliziert oder gar nicht zu fertigen wären. Mögliche Anwenderzielgruppen sind der Automobilbau, die Luftfahrtindustrie oder die Medizintechnik.

Die „revolutionäre Lösung“ und ihre Anwendungsmöglichkeiten erläutert Peter Scheller, Marketing Direktor bei Siemens PLM Software: „Das Besondere ist, dass es sich um eine durchgängige Plattform handelt. Basierend auf unserer Convergent-Modelling-Technologie beziehen wir innerhalb unserer NX-Software für integriertes CAD alle für das 3D-Drucken relevanten Produktentwicklungsschritte ein, vom Scannen bis zum Drucken. Beim 3D-Druck gibt es schon eine ganze Menge Einzellösungen in verschiedenen Nischen, sei es von Druckerherstellern oder anderen Anbietern. Der wichtige Schritt, den wir jetzt gehen, ist die Integration aller Prozessschritte in eine Plattform mit zentraler Bedienoberfläche, auf der sowohl die Geometrie als auch die Druckbahnen-erzeugung in einem sicheren Datenformat abgelegt werden.“

Online-Zusammenarbeit erleichtern

Darüber hinaus hat Siemens PLM Software im Rahmen dieser Strategie Pläne für eine neue Online-Kollaborationsplattform vorgestellt, die eine weltweite Zusammenarbeit für die Fertigungsindustrie ermöglichen. Ziel sei es, einer globalen Fertigungsindustrie „on-demand-Produktkonstruktionen“ und 3D-Druck-Produktionen leichter zugänglich zu machen. In der Massenfertigung, so Scheller, „ist der 3D-Druck noch nicht vollständig angekommen. 3D-Druck kommt aus dem Prototyping und wird bislang überwiegend auch dafür eingesetzt. Wir stehen aber gerade an einer Schwelle: Das Verfahren tritt aus dieser Nische heraus; viele Unternehmen denken aktuell über einen Einsatz in der Massenfertigung nach oder verwenden das Verfahren schon dafür.“

Wenn man an additive Fertigungsverfahren in industriellem Maßstab denke, „ist aus unserer Sicht ein prozesssicheres Datenformat extrem wichtig, auf dessen Basis man Bauteile zuverlässig immer wieder in gleicher Qualität herstellen kann.“ Gerade für die industrielle Produktion sei es sehr wichtig, Bauteile umfänglich beschrieben in digitaler Form vorliegen zu haben. Nur so könne man bei Rückfragen oder gar im Schadenfall auf diesen digitalen Zwilling zurückgreifen und Ursachenforschung betreiben. (Red.)


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