Neue Materialien, Prozesse oder Maschinen für die additive Metallfertigung zu zertifizieren ist äußerst aufwändig. Das weiß auch Rosswag Engineering, eine Division des Schmiedespezialisten Rosswag GmbH, die bereits dutzende Qualifizierungen durchgeführt hat. Um den Aufwand zu reduzieren, setzt das Unternehmen seit einiger Zeit auf eine spezielle Software von Materialise. Mit der Process Tuner genannten Lösung wird die Arbeit eines ganzen Arbeitstages nun in 20 Minuten erledigt.
Mit über 100 Jahren Erfahrung in der Verarbeitung von mehr als 400 Metallwerkstoffen war die Rosswag GmbH gut positioniert, um 2014 in den Bereich des 3D-Drucks zu expandieren. Seitdem hat das Team von Rosswag nicht nur über 60.000 Teile 3D-gedruckt, sondern auch schon über 40 Metallwerkstoffe für die additive Fertigung qualifiziert.
Jede Qualifizierung war mit zahlreichen Experimenten verbunden, um die Abhängigkeiten verschiedener Parameter wie Laserleistung, Abtastgeschwindigkeit, Schraffurabstand und Schichtdicke zu ermitteln und zu validieren. Oft sind 20, bei neuen Legierungen sogar bis über 100 gedruckte Proben nötig. Entsprechend groß ist der Zeitaufwand für die Einrichtung der Tests, die Aufzeichnung der Daten, die Analyse der Ergebnisse und andere notwendige Schritte.
„Das Datenhandling und die Produktionsplanung zur Parameteroptimierung waren schon immer mit viel manuellem Aufwand verbunden“, erklärt Philipp Schwarz, Business Development Manager bei Rosswag. „Für jeden Test mussten wir die Werte für alle unterschiedlichen Parameterkombinationen manuell einstellen und dokumentieren. Je mehr Tests erforderlich sind, desto zeitaufwendiger wird diese Aufgabe. Wir hatten zum Beispiel eine Studie mit mehr als 400 Würfeln, die mithilfe der üblichen Arbeitsweise mindestens einen ganzen Tag in Anspruch nehmen würde.“
Doch der enorme Zeit- und Arbeitsaufwand war nicht die einzige Herausforderung, mit der Rosswag konfrontiert war. Das Einrichten und Verfolgen von Daten ohne eine geeignete Datenbank erhöhten das Risiko menschlicher Fehler erheblich. Schon die falsche Beschriftung eines Parameterwerts konnte die gesamte Studie scheitern lassen.
Lösung
Als das 3D-Druck-Team von Rosswag Engineering von dem Process Tuner von Materialise erfuhr, erkannte es schnell das Potenzial der Software-Lösung für die eigenen statistischen Versuchsplanungen (Design of Experiments, DoE). Das IT-Produkt vereinfacht die Prozessentwicklung und die Entwicklung von Prozessparametern dank automatisierter Arbeitsschritte und einer integrierten Datenbank. Jedes Experiment lässt sich automatisiert erstellen und verfolgen.
Damit war der Process Tuner genau die richtige Lösung für Rosswag, erläutert Philipp Schwarz: „Mit dieser Software können wir komplexe multidimensionale Parameterstudien viel schneller und effizienter vorbereiten und durchführen. Die Arbeit mit dem Process Tuner ist sehr einfach, und aufgrund der Automatisierung besteht keine Gefahr von Fehlern.“
Im Zusammenspiel mit dem Build Processor, einer weiteren Software-Lösung von Materialise, die mit dem Process Tuner nahtlos integriert ist, entsteht ein äußerst schlanker Arbeitsablauf. Per Mausklick können Benutzerinnen und Benutzer die in mehrere Schichten unterteilte, schraffierte Auftragsdatei erzeugen. Anschließend werden alle für den Druck erforderlichen Informationen – einschließlich der Auftragsdatei, der Plattformdateien und der Parameter – automatisch in der integrierten Datenbank gespeichert.
Noch weiter vereinfacht wurde die Durchführung von Studien zur Material- und Parametervalidierung durch die Kombination der Materialise-Lösungen mit einer innovativen Lösung von Zeiss. Rosswag nutzt diese, um die Porosität schnell und automatisch an verschiedenen Stellen des Prüfkörpers zu messen, etwa an der Hauptfläche, an dünnen Wänden, Überhängen, Zylindern und Konturen. Die Eigenschaften des Prüfkörpers lassen sich je nach zu druckendem Endteil anpassen.
Ergebnis
Rosswag konnte schnell eine enorme Verbesserung der DOE-Arbeitsabläufe feststellen. Die Datenvorbereitung, die je nach Anzahl der Proben normalerweise etwa drei Stunden und manchmal sogar mehr als einen Tag in Anspruch nahm, ließ sich in 20 bis 30 Minuten erledigen. Insgesamt spart das Team von Rosswag nun durchschnittlich mehr als 20 Stunden Entwicklungszeit pro Monat.
„Wir bieten unseren Kunden eine Erstqualifizierung neuer Legierungen von der Pulverzerstäubung bis zu den mechanischen Eigenschaften der gedruckten Proben in weniger als zwei Wochen. Diese extrem schnellen Entwicklungszyklen erreichen wir nur dank des Process Tuners“, erklärt Philipp Schwarz.
Und er ergänzt: „Kooperationen wie diese sind entscheidend für eine schnelle Industrialisierung der additiven Fertigung. Es ist wichtig, mit anderen in der Branche zusammenzuarbeiten, die die Möglichkeiten dieser erstaunlichen Technologie ausreizen wollen.“
Derzeit validiert Rosswag auch die Betaversion von Process Tuner Simulation. Sowohl das Team von Materialise als auch das von Rosswag sind sehr zuversichtlich, dass dieses 2D-Simulationstool die Gesamtzahl der gedruckten Bauteile reduzieren kann, die für ein optimales Prozessfenster notwendig sind. (ch)
