3D-Druck Das neue Billionen-Business?

Das Unternehmen Arburg will mit dem additiven Fertigen die Massenproduktion individualisieren. Schon heute automatisiert das Unternehmen die Prozesse in dem Fertigungsverfahren.
Das Unternehmen Arburg will mit dem additiven Fertigen die Massenproduktion individualisieren. Schon heute automatisiert das Unternehmen die Prozesse in dem Fertigungsverfahren.

Individualisierung in der Massenfertigung - davon träumt die Industrie. 3D-Druck und additives Fertigen sollen den Traum wahr machen. Die Automatisierer wittern einen Markt. Als Systemlieferanten wollen sie Achsen steuern, Roboter am Drucker dirigieren und ihre Kommunikationsstandards setzen. 

Eine Billion ist eine Zahl mit zwölf Nullen. Eine Billion sind 1.000 Milliarden. Nur für sehr wenige Menschen ist eine Billion ein wirklich greifbarer Wert. Wahrscheinlich auch nicht für Philipp Jung, Chief Strategy Officer von Hewlett Packard (HP), obwohl er mit hohen Zahl gerne hantiert. Er will mit den 3D-Drucktechnologien in den nächsten Jahren in die Produktionswelt, in den gigantischen rund 12.000.000.000.000 US-Dollar-Markt. Der 3D-Druck ist eine disruptive Technologie, sie könnte manches in dem Billionenmarkt ersetzen - alles? Der Wert entspricht 20 % des weltweiten Bruttoinlandsprodukts. Noch ist der Anteil des 3D-Drucks in diesem Billionenmarkt sehr klein. Trotzdem: Ein leises Raunen geht durch den Saal der Hub-Konferenz als Jung die Zahlen den Zuhörern präsentiert. Gemeinsam mit Jung präsentiert Ulli Klenk von Siemens die 3D-Strategie des Konzerns. Die Münchener wollen mitverdienen in diesem Billionen-Dollar-Markt, den sie schon kennen und der sich verändern wird, den sie mit verändern wollen - mit Software und Automatisierung. Damit sind sie nicht allein. 

Automatisierer arbeiten am Standard

Auch Toni Schneider von Schneider Electric sieht das große Potential der 3D-Technologie und des additiven Fertigen für seine Branche. Wachstum aller orten. Schneider Electric gehört zu den Gründungsmitgliedern des Arbeitskreises Additive Manufacturing im VDMA. „Industrieller 3D-Druck hat bewiesen, dass dieses Produktionsverfahren auch industrielle Qualität hervor bringen kann. Was fehlt um in die Serienfertigung zu gehen sind Standards zu den Themen Materialkreislauf, Eingangsdatenbeschreibung, Fertigungsvorbereitung und Qualitätssicherung. Im VDMA arbeiten alle bekannten Automatisierer zusammen an diesen Standards mit dem Ziel in 2017 bereits ein Dokument zu dem Thema zu veröffentlichen“, berichtet der Experte, der im Arbeitskreis immer häufiger über Datenformate und Druckerautomatisierung diskutiert. Denn, auch wenn viele Unternehmen von den Möglichkeiten der 3D-Druck-Technologie begeistert sind, die Einbindung der neuen Maschine in die Standardproduktion fällt vielen noch schwer. „Das ist unsere Aufgabe als Systemlieferant“, erklärt Schneider. Die Automatisierungsunternehmen hätten die Kompetenz beispielsweise Roboter für die Zuführung zu steuern, Pulver mit Messtechnik zu analysieren oder Achsen anzusteuern. „Der durchgängige Datenfluss von der CAD bis zur Qualitätssicherung existiert heute bereits bei Werkzeugmaschinen und sollte Vorbild auch für den industriellen 3D- Druck sein. Darüber hinaus sind mit dem additiven Herstellprozess völlig neue Konstruktionen möglich, die eine spanabhebende Produktion technisch nicht lösen kann“, ist Schneider überzeugt. 

Die Suche nach dem Datenstandard

Die Kompetenz, den Laserstrahl über Spiegel zu führen oder die Tropfengröße zu formen, sieht er nach wie vor bei den großen Herstellern. Für deren Unterstützung gibt es Spezialisten wie Physik Instrumente aus Karlsruhe. Schneider will rund um den Drucker automatisieren, will Granulate transportieren, will die Plattformen mit seinen Antrieben und Motion-Controllern positionieren, eine durchgehende Kommunikation vom CAD-System bis zum Roboter schwebt ihm und seinen Kollegen vor - allein Datenstandards fehlen, auch wenn einige Druckerhersteller und Siemens bereits daran arbeiten. „Wir können in Zukunft in 3D fertigen und brauchen dafür aber nur eine 2D CNC-Steuerung“, prophezeit Schneider. 

Die Werkzeugmaschine also als Automatisierungsvorbild? „Die digitale Prozesskette, die wir im Werkzeugbau geschaffen haben, müssen wir jetzt übertragen. Der digitale Zwilling ist auch im 3D-Druck entscheidend“, bestätigt Ralf Gärtner von Protiq, der ebenso wie Toni Schneider den G-Code aus der CNC-Programmierung als wohl gesetzte Sprache sieht. Entscheidend sei das Datenformat aus dem CAD-Programm bis zum Drucker, sind sich beide Experten einig, denn an ihm hängt die Automatisierung. Der Roboter muss beispielsweise wissen, welches Pulver er wann, an welcher Stelle zur Verfügung stellen muss oder wie er ein Produkt nachbearbeiten soll. 

Gärtner leitet die jüngste Ausgründung von Phoenix Contact. Auch der Ostwestfale sieht für die Automatisierung einen großen Markt. Protiq ist Dienstleister und produziert im Kundenauftrag. Vom Kundeninterface im Netz bis zum Drucker ist alles automatisiert bei Protiq, aber dann muss doch noch ein Mitarbeiter den Bauraum freigeben, das fertige Produkt herausnehmen, nachbearbeiten und in den Versand geben. „Wir arbeiten an der vollständigen Automatisierung und sprechen mit Roboterherstellern“, versichert Gärtner. Die Blomberger wollen digitale Wertschöpfungsketten entwickeln und verstehen und dann Schnittstellen schaffen. „Nur dann könne man wirtschaftlich additiv Fertigen oder 3D-Druck betreiben“, erklärt der Maschinenbauingenieur. In Ostwestfalen lernen sie beim Geld Verdienen.

Individualisierung in der Massenfertigung

Einen Schritt weiter sind schon die Kunststoffexperten von Arburg und auf der Hannover Messe dieses Jahr präsentieren sie ihre neuste Lösung. Die Schwarzwälder profitieren von ihrer Erfahrung mit der Automatisierung von Prozessen rund um die Kunststoffspritzgießmaschinen. Für die additive Fertigung mit ihrem Freeformer-System (Kasten) bedienen sich die Entwickler an vorhandenen Schnittstellen . So ist der Freeformer mit einer an Euromap 67 angelehnten Schnittstelle ausgestattet, über die er mit dem Robot-System kommunizieren kann. Über das industrielle Echtzeit-Ethernet Varan ist das Robot-System an den Freeformer angebunden. Das Öffnen und Schließen der Bauraumtür sowie das Temperatur-Management erfolgen automatisch, den Bauteilträger passten die Entwickler ebenfalls an. 

Der Kuka Sieben-Achs-Roboter iiwa verkettet in einer Demonstration bei der Produktion von Büroscheren das Spritzgießen mit der additiven Fertigung und übernimmt das Be- und Entladen des Freeformer-Bauraums. Der Roboter entnimmt je eine Schere samt Werkstückträger vom Förderband der Spritzgießzelle. Mit seinem Greifer legt er diese nach dem Abscannen des DM-Codes sanft auf den Bauteilträger des Freeformers, in dem additiv ein individueller 3D-Schriftzug aufgebracht wird. Nach einer Inline-Qualitätskontrolle übergibt der Kuka-Roboter das fertige Produkt. Neben dem automatischen Be- und Entladen des Bauraums mit Einlegeteilen sind laut Arburg prinzipiell auch eine automatische Bestückung mit Grundplatten oder Reinigungszyklen realisierbar. Arburg automatisiert die Individualisierung der Massenfertigung. 

Voraussetzung für den Prozess: eine offene und standardisierte Kommunikationsplattform. Arburg braucht einen Datenaustausch zwischen Maschinen, Werkzeugen, Werkstücken und logistischer Peripherie. Die Loßburger vertrauen seit 2010 OPC UA für den Datenaustausch zwischen den klassischen Spritzgießmaschinen und dem eigenentwickelten Leitrechnersystem ALS. Es erfasst beim Freeformer Parameter wie Massedruck, Temperatur, Kraft, Drehmoment und Achsposition. 

Für das Daten-Standardisierungsproblem hat Arburg eine Lösung. Der Bediener muss beim Freeformer nur die STL-Dateien (3D-Drucker-Vorlagen) einlesen und das Material definieren. Die 3D-CAD-Daten werden an einem PC offline aufbereitet und eine spezielle Software erzeugt dabei durch Slicing die erforderlichen Fertigungsdaten. Daraus generiert die Steuerung selbstständig die Verarbeitungsdaten. Wie diese Software arbeitet, verrät Arburg nicht, ist sie doch der Schlüssel zwischen Daten und dem fertigen Bauteil.

Toni Schneider kennt das Arburg-Projekt - gemeinsam sitzt man im Arbeitskreis und diskutiert die Entwicklungen. Ob der 3D-Druck den Billionenmarkt verändert? „Die Branche kalkuliert mit Milliarden“, lacht Schneider.