Von Joseph Crabtree, CEO, Additive Manufacturing Technologies Ltd.

Dies sind spannende Zeiten im Bereich der additiven Fertigung (AM). Der Antrieb, AM als Alternative zu herkömmlichen Herstellungsverfahren einzusetzen, steckt voller Dynamik. Mit diesem Antrieb kommt jedoch eine notwendige Konzentration und Überprüfung der gesamten Fertigungsprozesskette rund um AM.

Bei der Verwendung als Prototyping-Technologie müssen sich die Anwender von AM nicht allzu sehr in Fragen der Messtechnik, der Validierung und der Nachbearbeitung verlieren.

Wenn jedoch die ultimative Integrität eines Teils für eine Endverbraucher-Produktionsanwendung von größter Bedeutung ist, muss AM verstärkt und mit AM-zentrierten Support-Technologien abgestimmt werden, die nicht nur funktionieren, sondern auch kostengünstig, effizient und automatisiert arbeiten. Dies ist das zentrale Thema beim Übergang von AM vom Prototyping zum produktionstechnischen Set. Nur wenn AM nahtlos in eine automatisierte Produktionsumgebung integriert werden kann, die zweckmäßige, einsatzbereite Teile mit einer Ausfallrate von so gut wie keinen Teilen wie möglich qualifiziert, wird es sein Potenzial in einer Industry 4.0-Umgebung wirklich voll ausschöpfen können.

Es wird an der Entwicklung von In-Prozess-Messtechnik-Tools gearbeitet, die die Designintegrität von AM-Bauteilen und -Komponenten validieren können, was aufgrund der Komplexität des Designs, die durch den Einsatz von AM möglich ist, bekanntlich schwierig ist. Bei der Betrachtung der Nachbearbeitung wurde dieser jedoch bis vor kurzem nicht die notwendige Bedeutung beigemessen, und für die meisten Anwendungen waren manuelle, zeitaufwändige und kostspielige Eingriffe erforderlich.

Es passt natürlich nicht zum Bild der intelligenten Fabrik der Zukunft, wenn Teams in der Fabrikhalle manuell Stützen oder Pulver- und Harzreste entfernen und dann kritische Oberflächen bearbeiten. Abgesehen davon, dass es sich hierbei um ein Nebeneinander von Modernem und Archaischem handelt, bedeutet die mühselige Natur des Prozesses, dass bis zu 60% der Kosten für ein additiv hergestelltes Teil in der Nachbearbeitungsphase der Prozesskette anfallen. Das ist nicht nachhaltig.

AM und Industrie 4,0

Ein wichtiger Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller ist die Effizienzsteigerung ihrer Prozesse. Deshalb gewinnen Industry 4.0-Lösungen (die Technologie zur Stimulierung von Innovationen und zur Verbesserung von Produktionsprozessen einsetzen) in allen wichtigen Industriesektoren an Bedeutung. Da diese Technologien weiterentwickelt werden und günstiger werden, wird Industry 4.0 als Treiber immer wichtiger.

Wir bei AMT sind fest davon überzeugt, dass die additive Fertigung eine wichtige Rolle bei der Revolution von Industry 4.0 spielt.

Die Grundlagen des Konzepts von Industry 4.0 erfordern, dass die OEMs ihr Wettbewerbsmodell hinterfragen und sich auf die Steigerung der Kapazität konzentrieren, um kostengünstigere Produkte über die gesamte Lieferkette durch die Digitalisierung des gesamten Produktionsprozesses zu liefern.

Heute erfordert dies, dass diese Hersteller ihre gesamten Wertschöpfungsketten komplett neu bewerten und unterschiedliche Denkweisen und Toolsets anwenden, indem sie die physische, digitale und virtuelle Welt miteinander verschmelzen. Industry 4.0 fördert die Integration von intelligenten Produktionssystemen und fortschrittlichen Informationstechnologien.

Die Förderung einer digitalen Fertigungsstrategie im Rahmen der "Vierten Industriellen Revolution" ist für viele Fertigungsunternehmen von grundlegender Bedeutung, wenn sie in den kommenden Jahren wettbewerbsfähig bleiben wollen, und der Schlüssel dazu ist, wie OEMs neue generative Designwerkzeuge und AM in ihre Fertigungsprogramme integrieren.

Wenn man AM als Technologieoption mit einer digitalen Fertigungsstrategie betrachtet, gibt es natürlich zahlreiche und gut hervorgehobene Möglichkeiten, die sich aus der Umsetzung ergeben. In gewisser Weise ist AM als Teil des Industry 4.0-Ökosystems insofern einzigartig, als jede Plattform ein Stück disruptive Hardwaretechnologie ist, die bestehende Produktionsmethoden ersetzt, anstatt sie zu verbessern, und dies erfordert, dass die OEMs Hindernisse für die Einführung überwinden und auch Vorurteile neu bewerten, wenn es um Design und Produktion geht.

Nachbearbeitung

Ein Bereich, der erneuerte und energische Aufmerksamkeit benötigt, ist der Bereich oder die Nachbearbeitung. Heute kämpfen viele OEMs, die in AM investiert haben, mit den Auswirkungen der Nachbearbeitung. In Anbetracht der oben erwähnten "Förderung einer Strategie zur Herstellung einer digitalen Revolution im Rahmen der Vierten Industriellen Revolution" fällt sie als eine große Anomalie auf.

Für einige Unternehmen sind erhebliche Flächen der Produktionsfläche für die Ausrüstung und das Personal vorgesehen, die für die Nachbearbeitung benötigt werden, oft wesentlich mehr als für die eigentlichen Plattformen für die additive Fertigung. Von Natur aus ist der AM-Build-Teil des Prozesses relativ einfach, sobald die Parameter für den Build festgelegt sind. Laden Sie die Datei hoch, bereiten Sie die Maschine / Materialien vor und dann ist es in hohem Maße ein Fall von nur einem Knopfdruck. Es ist die Nachbearbeitungsstufe(n), sobald das/die Teil(e) von der Maschine abgelöst werden, die eine Belastung darstellt, die vielfältig das Entpudern, Reinigen, Strahlen und Schleifen durch den Menschen erfordert! Dies ist der Fall, bevor die Teile einer vollständigen Validierung und Qualitätskontrolle unterzogen werden.

Eine gute Sache ist, dass die Nachbearbeitungsprozesse für AM und konventionell gefertigte Teile weitgehend identisch sind, so dass die erforderlichen Fähigkeiten bereits in den meisten Produktionsstätten (OEMs und in der gesamten Lieferkette) vorhanden sind, wenn sie AM intern einführen. Aber das ist nicht das Problem. Das Problem ist, dass manuelle Eingriffe nicht im Einklang mit Industry 4.0 stehen, und was entscheidend ist, wenn AM wirklich als Produktionstechnologie eingesetzt wird, ist die Fähigkeit, Prozesse zu skalieren und zu automatisieren, um eine echte Fertigung mit hohen Stückzahlen zu fördern.

Die Skalierung mit Geschwindigkeit ist jedoch nur ein Teil der Gleichung, und die Genauigkeit und Wiederholbarkeit müssen gleichermaßen berücksichtigt werden. Manuelle Eingriffe sind nicht nur langsam, sondern es ist auch bekanntlich schwierig, die Konsistenz vorherzusagen.

Automatisierte Nachbearbeitung

Vor diesem Hintergrund ist es nicht verwunderlich, dass sich eine Reihe von Unternehmen auf automatisierte Lösungen zur Bewältigung des Problems der AM-Nachbearbeitung konzentriert haben. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass nicht alle automatisierten Post-Processing-Lösungen gleich sind, und es gibt einige wichtige Fragen, die Sie einem Lieferanten stellen müssen, um den besten ROI zu erzielen.

Im Allgemeinen wird eine automatisierte Post-Processing-Lösung durch eine Kombination aus proprietärer Software, Hardware und Chemie bereitgestellt. Aber darüber hinaus ist das Spielfeld alles andere als eben.

Einige Unternehmen sind damit beschäftigt, automatisierte Post-Processing-Lösungen für die konventionelle Fertigung anzupassen, um sie für AM-Teile und -Komponenten einsetzbar zu machen. Dies ist ein Weg, aber voller Probleme, die zu zahlreich sind, um sie zu nennen.

Bei AMT beginnen wir mit einer Prämisse, die alle Lösungen, für die wir eintreten, berücksichtigt. Jede Lösung muss speziell für AM entwickelt werden, empfindlich auf die Besonderheiten eines wirklich automatisierten AM-Produktionsprozesses reagieren und zudem nachhaltig sein. Ziel des Unternehmens ist es, ein Portfolio innovativer digitaler und automatisierter Post-Processing-Lösungen zu entwickeln, die die Effizienz steigern und die Gesamtzeit und -kosten der Produktion mit AM, insbesondere bei polymeren AM-Prozessen und thermoplastischen Materialien, reduzieren.

Polymerbasierte Pulverbettverfahren erfordern nicht nur eine signifikante Pulverbehandlung und -entfernung nach dem Aufbau, sondern immer auch Infiltrationsoperationen sowie Veredelungsprozesse, insbesondere wenn neben den Festigkeitsvorteilen, die das Lasersintern bietet, auch die Ästhetik eine Rolle spielt. Werden farbige Teile benötigt, so wird dies auch in der Endbearbeitung der Nachbearbeitung angewendet.

Bei Filament-Thermoplastmaterialprozessen führt die Beschaffenheit des AM-Prozesses (egal wie verfeinert) zu einem Schritt-Effekt. Die traditionellen Nachbearbeitungsschritte, die erforderlich sind, um diese prozessspezifischen Ergebnisse zu eliminieren, sind beträchtlich, kostspielig und zeitaufwendig. Eine automatisierte Post-Processing-Lösung wie die von AMT Ltd. entwickelte zum Glätten großer Mengen von thermoplastischen Polymerteilen auf eine spritzgegossene Oberflächenqualität beseitigt eine der größten Hürden in der Prozesskette der Serienproduktion.

Die Lösung von AMT ist die Hardwarelösungsreihe PostPro3D®, die neue Systeme, Software und virtuelle Dienste integriert. Die Einfachheit und Geschwindigkeit, die der Benutzer erlebt, widerlegt die intelligenten und komplexen Fähigkeiten des Systems, das auf dem proprietären BLASTTM-Verfahren basiert.

Einfachheit ist der Schlüssel. Nach dem Bau können die 3D-Druckteile aus der Maschine entnommen, auf ein Gestell geladen und in die PostPro3D®-Nachbearbeitungskammer eingesetzt werden. Der Benutzer wählt dann das entsprechende Programm aus, der Prozess startet und läuft 90-120 Minuten lang, danach können die Teile entnommen, inspiziert und einsatzbereit gemacht werden.

Die im PostPro3D verarbeiteten Teile unterliegen einem physikochemischen Prozess, bei dem ein proprietäres, aber völlig sicheres Lösungsmittel unter genau kontrollierten Vakuum- und Temperaturbedingungen in Dampf umgewandelt wird. Dadurch wird wiederum die Oberfläche jedes Teils präzise verfeinert, um ein perfektes, glattes Finish zu gewährleisten, das dem eines Spritzgussteils entspricht. Darüber hinaus dichtet und stärkt das Verfahren auch Teile ab und verbessert damit wesentlich ihre mechanischen Eigenschaften - wie z.B. die Bruchdehnung - im Vergleich zu dem, was die Teile beim Herauskommen aus dem 3D-Drucker waren.
Die Intelligenz der PostPro3D-Systeme geht jedoch über ihre physikalischen Prozessfähigkeiten hinaus, da sie für die Verbindung über ein IIoT-Netzwerk konzipiert wurden, in dem Vitaldaten in Echtzeit analysiert werden. Dies ermöglicht neue Erkenntnisse über die Prozessleistung, die später von der globalen Flotte der PostPro3D-Maschinen genutzt und über Software-Updates zur Verfügung gestellt werden können, um die Leistung kontinuierlich zu verbessern und gleichzeitig das individuelle IP zu schützen. Darüber hinaus ermöglicht diese Konnektivitätsfähigkeit auch die Integration mit anderen intelligenten Geräten und Workflow-Automatisierungssoftware über die gesamte Prozesskette der Fertigung.

Zusammenfassung

Stellen Sie also bei der Auswahl einer automatisierten AM-Lösung Ihrem Lieferanten die folgenden Fragen.

1. Ist Ihr System umweltfreundlich und nachhaltig?
2. Kann Ihr System spritzgegossene Oberflächeneigenschaften bereitstellen?
3. Wie einfach kann Ihr System in ein digitales Produktionssystem integriert werden?
4. Wie lange dauert ein Standard-Nachbearbeitungsvorgang?
5. Kann Ihr Prozess AM-Teile abdichten und verstärken?
6. Wie erweiterbar ist Ihr System?

Die Art und Weise, wie Ihr in die engere Wahl gekommener Lieferant Ihre Fragen beantworten kann, sollte Ihnen den nötigen Einblick geben, um die effizienteste und kostengünstigste automatisierte AM-Postprozessorlösung auszuwählen, die Ihnen beim Einsatz von AM als echter Massenproduktionstechnologie zum Erfolg verhelfen wird.

Über den Autor

Joseph Crabtree ist der Gründer und seit 2017 CEO von Additive Manufacturing Technologies. AMT hat seinen Hauptsitz in Großbritannien, mit einer globalen Reichweite durch Niederlassungen in den USA und Kontinentaleuropa sowie durch Kooperationspartnerschaften auf der ganzen Welt. Die Technologie von AMT wird an der Schnittstelle von Materialwissenschaft, Chemie, Hardware-Engineering, Robotik und Machine Learning entwickelt. Die Vision ist es, sichere, nachhaltige und wirtschaftlich günstige industrielle Lösungen für die additive Fertigung anzubieten, die eine echte und praktikable Alternative zur traditionellen Fertigung darstellen. Das Unternehmen hat kürzlich seine Finanzierungsrunde der Serie A abgeschlossen, die sein weiteres Wachstum und seine Expansion erleichtern wird.
www.amtechnologies.com

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