Produktion »im Schuhkarton«: Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke Square Foot Manufacturing soll Mikrofertigung revolutionieren

Der Prototyp der mobilen Bearbeitungseinheit für die laserbasierte Fertigung kleiner Werkstücke
Der Prototyp der mobilen Bearbeitungseinheit für die laserbasierte Fertigung kleiner Werkstücke

Mit Square Foot Manufacturing (SFM) wollen Wissenschaftler der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg die industrielle Mikrofertigung revolutionieren. Sie setzen auf die Produktion »im Schuhkarton«: auf kleine, aber hochflexible Maschinen, die sich nach dem Baukastenprinzip mit wenigen Handgriffen auf jede neue Anforderung einstellen und umrüsten lassen.

Diese Maschinen können trotz ihrer geringen Größe punktgenau immer kleiner und komplexer werdende Werkstücke für Medizintechnik, Optik, Biotechnik, Mechatronik und (Mikro-) Formen- und Werkzeugbau fertigen. Das SFM ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms »Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke«.

Die industrielle Mikrofertigung ist im Umbruch. Der Trend geht weg von der eindimensionalen Massenproduktion hin zu einer steigenden Produktvielfalt bei gleichzeitig sinkenden Stückzahlen und kürzeren Innovationszyklen. Heutige Ultrapräzisionsmaschinen lassen sich unter diesen Bedingungen nur noch selten wirtschaftlich betreiben. Dabei wächst gerade in der Mikrofertigung der Bedarf an neuartigen, größenangepassten Werkzeugmaschinen, die ökonomischer und ökologischer als bisher arbeiten.

Hier setzt das neuartige Konzept für die industrielle Mikrofertigung an: Das Square Foot Manufacturing (SFM) von Prof. Jens-Peter Wulfsberg von der Hamburger Helmut-Schmidt-Universität ermöglicht eine flexible Produktion immer kleiner und komplexer werdender Werkstücke, die oft nur noch einige Mikrometer bis wenige Millimeter lang bzw. groß sind.
Square Foot Manufacturing ist Teil des Schwerpunktprogramms 1476 »Kleine Werkzeugmaschinen für kleine Werkstücke«, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Mai 2009 eingerichtet hat. An ihm sind bundesweit 16 Lehrstühle und Institute beteiligt. Die Idee des Square Foot Manufacturing: »Wir machen die Maschinen so klein, leicht und flexibel, dass sie für wechselnde Anforderungen binnen kürzester Zeit umgebaut und umgestellt werden können«, erklärt Prof. Wulfsberg. Dabei werden die Werkzeugmaschinen abhängig von der Bearbeitungsaufgabe an das Werkstück herangeführt und positioniert – und nicht mehr umgekehrt. Neu ist, dass sich ihr Arbeitsraum mit dem zu bearbeitenden Raumausschnitt des Werkstücks überlagern kann. Dadurch können mehrere Maschinen gleichzeitig an einem Werkstück arbeiten und je nach Bedarf flexibel nebeneinander, übereinander aber auch versetzt oder in einer Reihe angeordnet werden. Trotzdem arbeitet die Technik treffsicher und punktgenau.

Wie bei einem Lego-Spiel können Betriebe mit Square Foot Manufacturing jederzeit auf wechselnde Ideen, Bearbeitungstechnologien und Anforderungen reagieren. Werden neue Bauteile benötigt, können diese einfach auf die Maschine aufgesteckt oder per Magnet befestigt werden. So ist ein Wechsel zwischen Mikrofrässpindeln, Laserbearbeitungsoptiken oder Funkenerosionselektroden ad hoc möglich. Gesteuert wird das SFM über Notebook oder PC. Es folgt zudem der Idee der Open Production – die Anwendergemeinschaft soll das System stetig gemeinsam weiter entwickeln. Der Vorteil dieser neuartigen Technologie: Sie spart nicht nur Zeit, Ressourcen und Platz, sondern nutzt Arbeitskraft gezielter und effektiver. Erste Prototypen sind entwickelt. Mit Serienreife kostet eine solche Maschine nur noch knapp ein Fünftel herkömmlicher Fertigungssysteme.