Die AM-Prozesskette interdisziplinär im Blick

Mitglieder der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA haben deshalb in den letzten Monaten eine Roadmap erarbeitet, in der sie den Weg hin zu automatisierten Fertigungsprozessen im industriellen 3D-Druck vorzeichnen.

„In unserem Arbeitskreis Automatisierung arbeiten Hersteller von AM-Anlagen, industrielle Anwender, Anbieter von Software- und Automatisierungslösungen sowie Vertreter aus der Wissenschaft zusammen“, erklärt Rainer Gebhardt, Projektleiter beim VDMA.

"Die Teilnehmer haben in vielen Arbeitstreffen den aktuellen Stand der Technik sowie laufende Entwicklungen zusammengetragen – und jene technologischen Lücken entlang der additiven Prozesskette identifiziert, die es für eine durchgehende Automation noch zu schließen gilt. Dieser Austausch war überaus offen und konstruktiv“, berichtet Gebhardt.

Gesamte Prozesskette interdisziplinär im Blick

Die VDMA-Roadmap adressiert sämtliche Datenprozesse und alle physikalischen Prozesse entlang der AM-Prozesskette. Das beginnt bei der Datenvorbereitung, Konvertierung und Kontrolle der Datensätze und geht mit vielfältigen Arbeitsschritten der digitalen Fertigungsvorbereitung weiter.

Letztere beginnen beim Datenimport und der Bauteilausrichtung im Bauraum, gehen mit der Auslegung von Stützstrukturen weiter und umfassen zudem auch die Simulation und Definition der im Prozess temperaturbedingt variablen Aufmaße. Der reine Datenprozess in dieser Vorbereitungsphase reicht in der Roadmap bis zur auftragsbezogenen Planung und Steuerung der Nachbearbeitungsprozesse.

Allein dieser Ausschnitt des Datenhandlings umfasst 13 Arbeitsschritte. Dazu kommen in der Roadmap elf weitere Prozessschritte in der physischen Fertigungsvorbereitung, in denen es unter anderem um die Qualität, das Fließverhalten und das Handling der eingesetzten Pulver geht.

Auch die Gaszusammensetzung im Bauraum ist adressiert. Für jeden einzelnen Schritt beschreibt die Roadmap den Status heutiger Prozesse – und skizziert davon ausgehend den Weg zur Teilautomation, Vollautomatisierung und schließlich zur Einbettung in voll vernetzte Smart Factories der Industrie 4.0.

Dieses methodische Vorgehen behält die Roadmap für den eigentlichen Schichtbauprozess und für die Nachbehandlung der gedruckten Bauteile bei. Auch diese Teile der Gesamtkette haben die Mitglieder des Arbeitskreises in Dutzende digitale und physische Arbeitsschritte zerlegt – und für jeden einzelnen Schritt den aktuellen Stand der Technik sowie die weiteren Entwicklungsschritte in Richtung Smart Factory erörtert.

Ausweitung der Roadmap auf weitere Materialien ist geplant

„Wir haben uns zu Beginn der Diskussion entschieden, angesichts der hohen Komplexität zuerst nur additive Metallbauverfahren zu behandeln“, erklärt der Leiter des Arbeitskreises, Toni Schneider, der den Automatisierungsspezialisten Schneider Electric in der VDMA-Arbeitsgemeinschaft vertritt.

Im nächsten Schritt wird der Arbeitskreis die Roadmap mit den Mitgliedsunternehmen abstimmen – und deren Input einarbeiten. Anschließend ist geplant, die nun etablierte Methodik auf weitere additive Fertigungsverfahren anzuwenden – und sie insbesondere auf die verschiedenen Kunststoffverfahren zu übertragen.

„Dadurch, dass unser Roadmapping-Prozess die Perspektiven und konkreten praktischen Erfahrungen von Anlagenherstellern, industriellen Anwendern, von Automatisierungs- und Softwarespezialisten sowie von führenden Forschungsinstituten zusammenführt, ergeben sich für alle Beteiligten wertvolle Hinweise auf die technologischen Entwicklungstrends der Zukunft“, erklärt Rainer Gebhardt. Basis aller Vorschläge in der Roadmap ist die aktuelle Praxis der Akteure.

„Gerade dieser Rückbezug und der sehr ehrliche Blick auf den aktuellen Stand der Technik machen die Roadmap für die Mitglieder unserer Arbeitsgemeinschaft und für die gesamte Weiterentwicklung des Additive Manufacturing so wertvoll“, sagt er. Denn sie geht weit über das reine Formulieren von Visionen hinaus. „Unsere Roadmap beschreibt die konkreten technologische Pfade und Entwicklungsschritte hin zur Automatisierung. Und sie schafft so die Grundlage für eine vollautomatisierte, digital vernetzte additive Fertigung in der Industrie 4.0“, erklärt Gebhardt.