Tobias Baur, General Manager, Trumpf Additive Manufacturing

„Für die Automation des AM gibt es keine Patentrezepte“

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Tobias Baur, General Manager Trumpf Additive Manufacturing: „Für die Automatisierung bei der additiven Fertigung gibt es kein Patentrezept. Jede Anwendung hat andere Anforderungen, auf die auch die Automatisierungslösungen abgestimmt sein müssen.“ Bild: Trumpf
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Die Additive Fertigung etabliert sich mit Verve. Wie aus dem 3D-Druck eine automatisierte Serienfertigung wird, erklärt Tobias Baur, Trumpfs Technologieexperte für Additive Manufacturing (AM). Das Interview führte: Rochus Rademacher

additive: Hat das Additive Manufacturing seine Tauglichkeit für die industrielle Serienfertigung schon unter Beweis gestellt?

Baur: Das hängt von der Branche ab. In der Dentalindustrie ist 3D-Druck zum Beispiel schon sehr verbreitet. Vor allem größere Dentallabore fertigen individuellen Zahnersatz wie Brücken oder Kronen bereits in Serie. Auch in der Medizintechnik und der Automobil-Industrie ist der 3D-Druck schon angekommen. Eher konservative Branchen wie der Werkzeug- und Formenbau nutzen die Vorteile des Verfahrens bislang weniger, obwohl die Potenziale enorm sind. Kühlkanäle lassen sich zum Beispiel viel besser fertigen, weil ein Drucker, anders als die Fräsmaschine, um Ecken herumkommt. TRUMPF bietet für die verschiedensten Branchen 3D-Druck-Lösungen.

Wie sieht ein Konzept aus, nach dem sich 3D-gedruckte Bauteile möglichst ohne manuelle Zwischenschritte in Fertigungsketten integrieren lassen?

Baur: Für die Automatisierung bei der Additiven Fertigung gibt es kein Patentrezept. Jede Anwendung hat andere Anforderungen, auf die dann auch die Automatisierungslösungen abgestimmt sein müssen.

Ein automatisiertes Produktionssystem zur additiven Serienfertigung ist komplex. Welche Arbeitsschritte lassen sich mit heutigen Technologien und Systemen schon automatisieren?

Baur: Da lassen sich einige Arbeitsschritte nennen. Bei unseren Anlagen der Serie TruPrint läuft der Bauprozess, also das Ausrichten der Laser und das Beschichten, automatisch ab. Unsere neuste Anlage, die TruPrint 5000, übernimmt schon beim Rüsten viele Arbeitsschritte alleine. Die vor- und nachgelagerten Prozessschritte sind bei allen unseren Anlagen teilautomatisiert. Bei der Konstruktion des Bauteils auf dem Rechner lassen sich zum Beispiel die Stützstrukturen per Mausklick erstellen. Anschließend prüft der Mitarbeiter den Entwurf nochmal und nimmt gegebenenfalls Anpassungen vor.

Welche Herausforderungen stellt das Pulverhandling?

Baur: Dafür gibt es verschiedene Sicherheitsbestimmungen. Wir stellen über die gesamte Prozesskette hinweg sicher, dass der Mitarbeiter nicht damit in Berührung kommt. Zum Beispiel verfügen unsere Anlagen über ein Zylinderwechselprinzip. Mitarbeiter können den Bauzylinder mit dem gedruckten Teil aus der Anlage herausnehmen und anschließend einen neuen einschieben, ohne den Zylinder zu öffnen. So tritt kein Pulver beim Transport nach außen.

Die Entnahme der Werkstücke aus der Bauteilplattform übernimmt ein Roboterarm, richtig?

Baur: Nein, bei den 3D-Druckern von Trumpf entnimmt der Mitarbeiter den gesamten Bauzylinder, nicht nur das Bauteil. Der Vorteil ist, dass er den Zylinder somit erst in der Entpackstation öffnen muss und nicht mit dem Pulver in Berührung kommt. Außerdem kann er die Anlage direkt für den nächsten Baujob vorbereiten und den Prozess starten. Bei unserem Konzept transportieren elektrische Transportwagen die Zylinder zur nächsten Station.

Bei der Nachbearbeitung sind Werkstücke zu säubern und bei Bedarf dann einem Finishing zuzuführen. Ist das die Aufgabe von Spezialmaschinen und Intralogistik?

Baur: Für die Säuberung der Bauteile kommen eigens dafür gebaute Maschinen zum Einsatz. Das Finishing wiederum findet hauptsächlich auf vorhandenen Maschinen statt. Die Bauteile zu diesen Spezialmaschinen zu bringen, ist natürlich eine Aufgabe der Intralogistik. Diese muss aber nicht zwangsläufig automatisiert sein.

Wesentlich ist die Qualitätskontrolle. An welchen Stellen der vernetzten Prozesskette greift sie zu und was ist bereits automatisierbar?

Baur: Die Qualitätskontrolle ist vor allem während des Drucks wichtig. Schon kleinste Rillen im Pulverbett können das Bauteil unbrauchbar machen. Die Anlage ist stundenlang umsonst gelaufen und hat möglicherweise teures Material verschwendet. Deshalb verfügen unsere Anlagen über ein Powder-Bed-Monitoring. Bei diesem macht eine hochauflösende Kamera im Drucker nach jeder Schicht Fotos des Pulverbetts. Die Aufnahmen übermittelt sie dann an ein IT-System. Dieses wertet die Bilder direkt aus, erkennt Prozessfehler und informiert den Maschinenbediener umgehend. Darüber hinaus kontrolliert das Melt Pool Monitoring die Qualität der Bauteile automatisch. Hier nehmen Dioden im Drucker das Prozessleuchten des Schmelzbades auf. Anschließend gleicht das IT-System die Werte mit den Daten eines Referenzwerkstücks ab und stellt Abweichungen wie ein kälteres Schmelzbad oder eine Überhitzung grafisch dar. Der Maschinenbediener erkennt den Fehler sofort und kann den Prozess stoppen.

Wie sieht denn ein risikoloser Einstieg in eine automatisierte 3D-Druck-Fertigung aus – zuerst den Druckprozess beherrschen, Automatisierung planen, Einzelschritte umsetzen und sich dann um eine tiefere Integration in den Produktionsprozess kümmern?

Baur: Das sind alles wichtige Schritte, die Unternehmen beim Einstieg in den 3D-Druck bedenken müssen. Am wichtigsten ist aber, dass sie ein Verständnis für 3D-Druck entwickeln. Vor allem das Konstruieren „in 3D“ sind viele Konstrukteure noch nicht gewohnt oder haben es in ihrer Ausbildung nicht gelernt. Wenn die Bereitschaft für 3D-Denken da ist, unterstützen wir unsere Kunden bei der gesamten Prozesskette im 3D-Druck. Wir helfen zum Beispiel, die Anlage aufzubauen und bieten Schulungen für 3D-gerechtes Konstruieren und das Handling des Druckers an. So können Sie am Ende ohne Risiko drucken.

Wie weit sind wir noch von einer durchgängigen Datenkette – von der Konstruktion über die Schichtbaudaten und die Anlagensteuerung bis zur Bauteilinformation – entfernt?

Baur: Bei Trumpf ist der durchgehende Datenfluss heute schon möglich. Sowohl die vor- als auch die nachgelagerten Prozessschritte lassen sich über IT-Schnittstellen an den 3D-Drucker anbinden. Bei der Nachbearbeitung erkennt zum Beispiel die Fräsmaschine über eine Referenzierung die Plattform mit dem Bauteil und kann dann hochpräzise arbeiten.

Trumpf GmbH & Co. KG
www.trumpf.com


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