In seinen Anfängen wurde der 3D-Druck in der Gießereiindustrie insbesondere zum Drucken von Modellen und später zur Fertigung von Formen und Kernen für den Prototypenbau eingesetzt. Über die Jahre setzte sich speziell das Binder Jetting aufgrund seiner Skalierbarkeit in Bezug auf Produktivität und Größe als führende Technologie durch.
Vor allem in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Energiewirtschaft wurde das Potenzial der Technologie bereits sehr früh erkannt.
Der Weg in die Serienfertigung war jedoch noch weit. Abgesehen vom eigentlichen Druckprozess bieten die meisten Drucker wenig Automatisierungsmöglichkeiten. Arbeitsschritte wie das Entpacken und die Reinigung gedruckter Bauteile erfolgen technologieübergreifend zumeist händisch. Was macht den Weg so beschwerlich? Und wie lassen sich diese Schritte automatisieren? Wir haben die Antworten parat:
Was braucht es, um in Serie zu gehen?
Im Kern geht es darum, die Gesamtproduktivität durch produktivere 3D Drucker und Automatisierung des Entpack/Post-Prozesses zu steigern, um Stückkosten zu reduzieren. Dazu bedarf es in der additiven Fertigung nicht nur einer Anpassung der Hardware, sondern auch ein Umdenken in der Gestaltung der gesamten Bauprozesse und Nachbearbeitungen:
Optimierung der Bauraumnutzung
Früher war es wichtig, das verfügbare Bauvolumen vollständig auszunutzen, um 3D-Druckprozesse zu optimieren und nicht-produktive Zeiten zu reduzieren. Im Falle des Binder Jettings bedeutet dies, dass eine Vielzahl an Bauteilen so zu platziert wurden, dass möglichst wenig ungedruckter Sand zurückblieb. In Abhängigkeit der Bauteilgeometrien kann so ein volumetrischer Füllstand von 30 % erzielt werden. Im Rahmen der Automatisierung des Entpackens ist es jedoch ratsam, Bauteile nur in einer Schicht anzuordnen, dass der lose Sand abfließen kann und die Teile unbeschädigt freigelegt werden. Damit die maschinenseitige Gesamtproduktivität bestehen bleibt, müssen Druckraten erhöht und nicht-produktive Zeiten, beispielsweise durch automatisierten Austausch der Jobboxen, weiter reduziert werden.
Hardwareanpassung
Für die additive Serienfertigung werden spezielle 3D-Drucksysteme benötigt. Größere Bauvolumen steigern die Produktivität, erschweren jedoch den Zugang zu den Bauteilen. Um eine höhere Maschinenverfügbarkeit zu gewährleisten, sind mehrere kleinere Drucker besser geeignet. Unser VX1300 X hat einen mittelgroßen Bauraum von 1300 x 650 x 500 mm (390 Litern). Mit einer neuen Prozesseinheit, bestehend aus einem Druckkopf, der die vollständige Baufläche mit einer Überfahrt bedruckt, und zwei Recoatern kann der Drucker eine Schicht in fünf Sekunden auftragen und bedrucken. In einer Box mit sechs Wassermantelkernen werden somit weniger als sechs Minuten pro Kern benötigt.
Komplementärlösungen
Je nach verwendetem Baumaterial sind verschiedene Nachbearbeitungsstationen erforderlich und mit dem Drucker verbunden. Bei der Verwendung von sandbasierten Materialien mit anorganischem Bindemittel ist beispielsweise eine Aushärtung in einem Mikrowellenofen erforderlich. Anschließend erfolgt in einer Schnellentsandungsstation die Entfernung von Restsand, gefolgt von einer Roboterzelle für die Entnahme und Feinentsandung. Vor der Lagerung werden die gedruckten Bauteile mit optischen Scannern auf Qualität und Maßhaltigkeit geprüft.
Recycling
Nicht zuletzt ist die Medienversorgung, insbesondere die Sandversorgung, ein zentraler Aspekt für die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit einer automatisierten Sanddruck-Lösung. Bestehende Lösungen wie zum Beispiel das ICP-Projekt führen unbedruckten Sand aus der Schnellentsandung in den Kreislauf zurück, wodurch die Abfallmenge reduziert und Gesamtkostenwirtschaftlichkeit deutlich erhöht wird.
Case Studies
Eine „Plug-and-Play“-Lösung ist es also nicht. Im Rahmen der additiven Serienfertigung ist es essenziell, die individuellen Ziele, Anforderungen und Ressourcen streng zu evaluieren und die Lösung daran anzupassen. Nur dann kann vollautomatisierte, additive Serienfertigung gelingen. Es gibt aber auch andere Wege und Automationsgrade.
Werfen Sie folgend einen Blick auf unsere Fallstudien. Von der vollautomatisierten, additiven Serienproduktion bei BMW in Landshut, über additive Produktionen in den USA bis hin zur Massenproduktion on demand aus unseren Dienstleistungszentren.
Vollautomation
Vom Anfang bis zum Ende – hier kommen Menschen nur noch in den seltensten Fällen zum Einsatz. Der BMW-Konzern setzt diese Option bereits in seiner Gießerei in Landshut um:
Teilautomation
Cleveres Engineering und teilautomatisierte additive Fertigung ermöglicht eine anpassungsfähige Produktion von Serienkomponenten. Diese US-Gießerei und Cadillac setzen einen neuen Maßstab im Bereich Giga-Gussteilen:
Volumenverträge
Auch gänzlich ohne eigenes 3D-Drucksystem können Bauteile additiv und in Serie gefertigt werden. Ein fest abrufbares Volumen sichert die Bereitstellung von Formen und Modellen on demand.
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