Die Additive Fertigung ergänzt konventionelle Verfahren

Additive Fertigungsverfahren gewinnen in der Produktion an Bedeutung. Bereits im vergangenen Jahr durfte der 3D-Druck auf keiner Fertigungsmesse fehlen. „Vor allem für die industrielle Produktion von Kleinserien, sei es in der Automobil- und Flugzeugindustrie, im Maschinen- und Werkzeugbau oder in der Medizintechnik, wird der 3D-Druck als ein weiterer Baustein in der industriellen Wertschöpfungskette zunehmend wichtiger“, sagt Dr. Eric Klemp, Geschäftsführer des Direct Manufacturing Research Center (DMRC). Durch das Aufeinanderschichten verlieren auch komplizierte Bauteile an Komplexität.

Das Rapid Prototyping der 1990er-Jahre habe sich zum Rapid Manufacturing entwickelt, daher sei es nur konsequent, dass immer mehr Messeveranstalter die alternative Fertigungstechnik in ihr Konzept integrieren, sagt der Experte für den 3D-Druck. „Das gilt besonders für Fertigungsmessen wie die Metav“, so Klemp. Nachdem sich die Maschinenbauer mit dem Thema beschäftigt hätten, sei die Qualität der Additiven Fertigungsverfahren deutlich besser geworden.

Um die Messe in Düsseldorf für Aussteller und Besucher attraktiver zu machen, hatte der VDW als Veranstalter vor einem Jahr die Fertigungsmesse um zwei Produktbereiche und zwei Anwenderthemen erweitert: Neben Werkzeugmaschinen, Fertigungssystemen und Präzisionswerkzeugen präsentieren Aussteller vom 23. bis 27. Februar 2016 in so- genannten Areas erstmals auch Maschinen und Lösungen für die Qualitätssicherung, den Werkzeug- und Formenbau, die Medizintechnik und Additive Fertigung. Die Neukonzeptionierung komme bei den Herstellern von Produktionstechnik gut an, weiß VDW-Geschäftsführer Dr. Wilfried Schäfer. Der Verband rechnet mit einem Aussteller-Wachstum von rund 10 Prozent.

Resonanz übertrifft Erwartungen

„Insbesondere die Resonanz auf die Quality und Moulding Area übertreffen unsere Erwartungen“, sagt Schäfer. Aber auch das Interesse der Aussteller an der Additive Manufacturing Area sei größer als erwartet. „Auf der –Metav vor zwei Jahren sind wir noch mit einem vergleichsweise kleinen Stand gestartet, heute zeigt sich, dass die Additiven Verfahren ihren Platz im Wettbewerb mit konventionellen Verfahren besetzt haben“, so der VDW-Geschäftsführer. Die Additiven Verfahren verzahnen sich zunehmend mit den anderen Schwerpunkten in der Wertschöpfungskette der Metallbearbeitung: mit CAD und Simulation, Nachbearbeitung, Fertigungsmesstechnik und Qualitätssicherung. Ein Schwerpunkt der Metav seien Hybridkonzepte, die AM-Prozesse mit klassischer Zerspanung kombinieren.

Ein wesentlicher Vorteil Additiver Verfahren besteht darin, dass sie neue Design-Ideen und Produktkonzepte mit neuen Funktionen möglich machen. „Mit 3D-Druckern sind erstmals hochkomplexe Geometrien machbar, die mit konventionellen Verfahren bisher nicht oder nur sehr aufwendig herstellbar waren“, sagt DMRC-Geschäftsführer Klemp. Darüber hinaus ergeben sich Effizienzgewinne bei Produktionszeit und Materialverbrauch: Mit 3D-Druck können Funktionen in einem einzigen Produktionsschritt integriert werden. Dies sei auch mit Blick auf die Materialoptimierung interessant und ein Grund dafür, dass die Additive Fertigung insbesondere im Leichtbau von Flugzeug- und Autoteilen schon jetzt eine bedeutende Rolle spiele, so Klemp.

Individuelle Anpassung bezahlbar

Doch auch eine Vielzahl anderer Hersteller nutzt diese neuen Möglichkeiten inzwischen. Beispielsweise die Robomotion GmbH aus Leinfelden-Echterdingen: „Mit Hilfe des 3D-Drucks können wir unsere Greifer individuell an die Geometrie des Produkts anpassen“, betont Robomotion-Geschäftsführer Dr. Andreas Wolf. Ob Bockwurst oder Schokoladenei – die eigens dafür geformten Greiferfinger fassen sanft und flink zu. Dank Kleinserienfertigung auf Laser-Sinter-Anlagen ist die individuelle Anpassung nicht nur bezahlbar, sie eröffnet auch neue Funktionen. So lassen sich mit geringem Aufwand Federn in die Finger der Greifer integrieren. Dadurch passen sie sich Produkten verschiedener Größe an, was die Rüstzeiten beim Kunden minimiert. Durch den schichtweisen Aufbau können zudem Luftkanäle, Schlauchhalterungen und Zylinder der pneumatischen Aktorik direkt in den Greifern untergebracht werden.

Trotz aller Fortschritte, die in den letzten Jahren beim 3D-Druck erzielt worden sind, gibt es noch einige Hürden zu überwinden. So seien die manuellen Anteile in den Prozessketten der Additiven Fertigung derzeit noch hoch, sagt Rainer Gebhardt, Experte in der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA. „Die Anbieter und Anwender Additiver Fertigungsverfahren in der Arbeitsgemeinschaft arbeiten intensiv daran, die Industrialisierung der AM-Fertigungsprozesse und die Automatisierung voranzutreiben“, so der VDMA-Mann. Dafür sei ein gutes Verständnis des gesamten Prozesses erforderlich, angefangen vom Material über vor- und nachbereitende Fertigung bis zum Herstellungsprozess und einer Qualitätsabnahme der Bauteile an sich.

Metav als Diskussionsplattform

Die Forschung im Umfeld der Additiven Fertigung befasst sich mit der Sicherstellung von Qualität und Reproduzierbarkeit, mit dem Einsatz neuer Materialien und gesteigerter Wirtschaftlichkeit der Fertigung. Dennoch werde der Zusammenhang zwischen den eingestellten Parametern bei der Herstellung und den Qualitätsmerkmalen am gefertigten Teil in vielen Fällen noch zu wenig verstanden, sagt Gebhardt. Ziel weiterer Forschungsbemühungen sei es daher, durch Einstellungen an der Maschine Eigenschaften des Bauteils in engen Toleranzen sicherstellen zu können, betont Gebhardt. Die Metav biete eine gute Plattform, um die bestehenden Herausforderungen mit allen Beteiligten, Herstellern, Anwendern, der Wissenschaft, Materialproduzenten und Dienstleistern zu diskutieren.

Die Qualitätssicherung in der Fertigung ist auch für die Quality Area das entscheidende Thema. „Die Mess- und Prüftechnik ist das Herzstück für das Qualitätssiegel made in Germany“, sagt Markus Heseding, Geschäftsführer des Fachverbands Mess- und Prüftechnik im VDMA. Der Fachverband vertritt 160 Hersteller und ist Partner des neuen Themenbereichs auf der Metav 2016. „Raus aus dem Prüfraum, rein in die Produktion“ – so lautet das Motto für Entwicklungen in der Messtechnik. Immer mit dem Ziel, Taktzeiten zu verkürzen und Produktivität zu erhöhen. Gleichzeitig kommt es auf Genauigkeit und höchste Verarbeitungsqualität mit minimalen Fertigungstoleranzen an. Die fortschreitende Automatisierung der Fertigung und die Vernetzung der Produktion stoßen ebenfalls Innovationen in der Messtechnik an. Durch ausgefeilte Mess- und Prüftechnik wird die Qualitätsprüfung lückenlos dokumentiert. Millionenfach anfallende Daten werden immer schneller und präziser an übergeordnete Systeme übermittelt. Sie sind Grundlage für moderne Prozessautomation. Damit spielt die Mess- und Prüftechnik eine Schlüsselrolle bei Industrie 4.0 in der intelligenten Fabrik.

Abbild der realen Welt als realer Schatten

Die Integration der Qualitätssicherung in die Produktion ist für Professor Robert Schmitt mit Blick auf Industrie 4.0 von besonderer Bedeutung. „Es könnte uns erstmals gelingen, derzeit lückenhafte Regelkreise durch Rückkopplung technologisch zu schließen“, sagt der Leiter des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen, der gleichzeitig Vorstand der Deutschen Gesellschaft für Qualität in Frankfurt am Main ist.

Das Besondere an Industrie 4.0 sei das Erstellen von Modellen als Abbild der realen Welt als digitaler Schatten. „Macht man das gut, verschwimmen die Grenzen zwischen physikalischer und virtueller Welt“, so Schmitt. Hier könnten Hersteller in der Zusammenarbeit mit dem Kunden einen höheren Nutzen schaffen.

Erfolgreich werden seiner Meinung nach langfristig die Messgerätehersteller sein, die sich mit ihren Produkten nahtlos in die Anforderungen und Modellwelten ihrer Kunden einfügen lassen. „Ich rate jedem Besucher, sich ein paar Stunden Zeit zu nehmen, um sich von der Sensor- und Messtechnik-Branche inspirieren zu lassen“, so Schmitt. Dies sei eine Chance, die funktional-organisatorischen Mauern zwischen den produzierenden und messenden Bereichen abzubauen. Produktivität sei eben mehr als kurze Zerspanzeit.

Hans SchürmannJournalist in Dormagen

Die Metav 2016 – 19. Internationale Messe für Technologien der Metallbearbeitung findet vom 23. bis 27. Februar in Düsseldorf statt. Sie zeigt das komplette Spektrum der Fertigungstechnik. Schwerpunkte sind Werkzeugmaschinen, Fertigungssysteme, Präzisionswerkzeuge, automatisierter Materialfluss, Computertechnologie, Industrieelektronik und Zubehör. Hinzu kommen die neuen Themen Moulding, Medical, Additive Manufacturing und Quality. Sie sind in so genannten Areas mit eigener Nomenklatur fest im Metav-Ausstellungsprogramm verankert. Zur Besucherzielgruppe der Messe gehören alle Industriezweige, die Metall bearbeiten, insbesondere der Maschinen- und Anlagenbau, die Automobil- und Zulieferindustrie, Luft- und Raumfahrt, Elektroindustrie, Energie- und Medizintechnik, der Werkzeug- und Formenbau sowie Metallbearbeitung und Handwerk.

Weitere Informationen unter www.metav.de