4 vielversprechende Automatisierungstrends in der additiven Fertigung

1. Designautomatisierung

Die Erstellung eines digitalen End-to-End-Workflows in AM beginnt mit der Automatisierung des Designprozesses.

Die Designautomatisierung in AM ist jedoch nicht einfach zu erreichen. Die meisten AM-Teile werden in den meisten Fällen immer noch manuell konstruiert. Der zeitaufwändige, manuelle AM-Konstruktionsprozess kann mehrere Stunden Arbeit des Ingenieurs in Anspruch nehmen und laut einer Fallstudie bis zu 50 % der Gesamtkosten des Teils ausmachen.

Um den Designprozess effizienter zu gestalten, haben Softwareunternehmen der Branche in den letzten Jahren ihre Tools weiterentwickelt.

Heute kann die Industrie automatisierte Lösungen anbieten, die den Konstruktionsprozess beschleunigen und es Ingenieuren ermöglichen, Konstruktionsoptionen schnell zu bewerten, bevor sie etwas auf der Maschine drucken.

Ford hat beispielsweise gezeigt, wie Automatisierung die Zeit für die Entwicklung von Werkzeugen von Stunden auf Minuten verkürzen kann.

Durch die Partnerschaft mit einem deutschen Softwareunternehmen, Trinckle, erhielt der Automobilhersteller Zugang zu einer Software, die die Geometrie des Werkzeugs automatisch an die Kontur des Autos anpasst und die Basis der neuen Vorrichtung bildet. Mit einem einfachen Klick können Ingenieure auch Elemente wie Griffe, Magnethalterungen zur Fixierung und Kantenführungen hinzufügen.

Die Automatisierung des Konstruktionsprozesses für dieses Teil hat mehrere Stunden Arbeit gespart und den Konstruktionsschritt auf nur 10 Minuten reduziert. Ford glaubt, dass dieser Ansatz das Potenzial hat, Tausende von Euro pro Werkzeug einzusparen.

In einem anderen Beispiel hat der Hardwarehersteller Stratasys mit dem Softwareunternehmen nTopology an einer Lösung zusammengearbeitet, die das Design von Vorrichtungen und Vorrichtungen für den FDM-Prozess automatisiert.

Diese neue Lösung namens Fixture Generator ermöglicht es Ingenieuren, Werkzeugteile einfach per Drag-and-Drop vorzubereiten. Dies geschieht durch den Einsatz der Topologie-Optimierungs-Software-Engine von nTopology, die Teiledesigns mit Blick auf die Endanwendung optimiert.

Die Reduzierung der manuellen AM-Designschritte signalisiert die weitere Reifung der 3D-Druckindustrie. Die Designautomatisierung wird AM-Anwendern helfen, den Zeit- und Kostenaufwand für manuelle Designprozesse zu reduzieren.

Noch wichtiger ist, dass es neue Anwendungen und Geschäftsmodelle wie die Massenanpassung unterstützt, indem es die Produktion von Designvariationen in einen automatisierten, hocheffizienten Prozess umwandelt.

Weiterführende Literatur:3D-Druck und Massenanpassung:Wo stehen wir heute?

2. Offene APIs fördern die Automatisierung der AM-Datenfreigabe

Die AM-Branche wird offener. Die Vorherrschaft geschlossener, proprietärer Systeme geht zu Ende, da immer mehr Lösungsanbieter nach integrierten, interoperablen 3D-Druck-Workflows suchen.

Ein Trend, der dies unterstützt, ist die Verwendung offener Application Programming Interfaces (APIs). API ist ein Software-Vermittler, der es einer Softwareanwendung ermöglicht, mit einer anderen zu kommunizieren. APIs spielen eine entscheidende Rolle bei der Integration unterschiedlicher Systeme.

In AM, wo der Workflow ziemlich kompliziert und isoliert sein kann, erkennen die Akteure der Branche die Bedeutung der Bereitstellung einer Reihe von APIs, die eine Automatisierung ermöglichen und die Nutzung von Daten erweitern.

Vor kurzem haben mehrere Hersteller von 3D-Druckern ihre APIs an Partner freigegeben, um einen nahtlosen Datenfluss und eine nahtlose Integration zu ermöglichen.

Ein Beispiel ist unsere jüngste Zusammenarbeit mit HP, wobei HP eine offene API zur Integration mit unserem additiven MES-System bereitgestellt hat. Diese Integration ermöglicht es Benutzern von HP Multi Jet Fusion, ihre Maschinen mit unserer Software zu verbinden, um Daten über ihre AM-Systeme zu überwachen und zu sammeln.

In ähnlicher Weise hat Stratasys angekündigt, die API-Konnektivität verbessert zu haben, um die Tür für einen einfacheren und schnelleren Datenaustausch zwischen seinen 3D-Druckern und Unternehmenssoftwarelösungen zu öffnen.

Diese Beispiele weisen darauf hin, dass sich die Branche in die richtige Richtung bewegt, um die Lücke zwischen Hardwarefähigkeit und Softwareunterstützung zu schließen. APIs werden die grundlegende Brücke zwischen den beiden bilden und dazu beitragen, ein integriertes Ökosystem zu schaffen, das die Interoperabilität unterstützt.

Weitere Lektüre:5 spannende Trends in der 3D-Drucksoftware

3. Automatisierung von Postproduktionsprozessen

Laut dem 2. Annual Post-Printing Trends Report von PostProcess sind schätzungsweise 46 % der AM-Kosten von Unternehmen mit der Nachbearbeitung verbunden.

Unabhängig davon, ob es sich um einen Prototyp, ein Werkzeug oder ein Endprodukt handelt, erfordern die meisten AM-Teile eine gewisse Nachbearbeitung. Dies kann so einfach sein wie das Entfernen von Trägermaterial, aber auch Sortieren, Färben, Polieren und andere Prozesse, bevor das Endprodukt gebrauchsfertig ist. Die meisten Nachbearbeitungsaufgaben sind fast ausschließlich auf Handarbeit angewiesen.

Dank der jüngsten Fortschritte in der Hardware und Software für maschinelles Lernen und Nachbearbeitung ist es jetzt möglich, fast jeden Teil der AM-Nachbearbeitung zu automatisieren, die Arbeitskosten zu senken und die Prozesseffizienz erheblich zu verbessern.

Neue Systeme kommen auf den Markt, die es ermöglichen, Teile automatisch aus der Bauplattform eines 3D-Druckers zu entnehmen und dann mit Hilfe von Guided Vehicles zur nächsten Nachbearbeitungsstation zu bewegen.

Auch eine Reihe von AM-Maschinenanbietern haben sich auf der einen oder anderen Ebene der Automatisierung verschrieben. EOS hat beispielsweise ein Shared Modules-Konzept entwickelt, das die Schritte Bestücken, Auspacken, Transportieren und Sieben des AM-Workflows durch die Kombination verschiedener Module, Transportsysteme und einer Leitstellensoftware integriert.

Um den Binder-Jetting-Prozess zu automatisieren, hat der Metallbinder-Jetting-Spezialist ExOne außerdem ein Konzept für sein neues fahrerloses Transportfahrzeug (AGV) X1D1 veröffentlicht, das einen effizienten Transport von Baukästen ermöglicht.

Spannend ist auch der zunehmende Einsatz mehrachsiger Robotersysteme, die Teile vom 3D-Drucker zu den Pulversieb-, Reinigungs- und Endbearbeitungsstationen transportieren.

Das Hardwareunternehmen Renishaw hat gezeigt, wie der Einsatz von Robotern einen der zeitaufwändigsten Prozesse in der Metall-AM automatisieren kann – die Support-Entfernung. Das Unternehmen hat sich mit dem Start-up Additive Automations zusammengetan, das ein Robotersystem für die automatisierte Supportentfernung entwickelt hat.

Erste Ergebnisse zeigten, dass die Roboterautomatisierung der Support-Entfernung die durchschnittlichen Kosten pro Teil um satte 25 % senken könnte. Die dabei eingesetzten Roboter verfügen über integrierte Kraftsensoren, die Daten sammeln, um die Geometrie von AM-Teilen zu bestimmen.

Anschließend analysiert die Software die Daten mithilfe der Digital-Twin-Technologie. Die Ausgabe wird dann verwendet, um zu bestimmen, wo sich die Stützstrukturen befinden, damit sie mit einem Endeffektor-Tool entfernt werden können.

Darüber hinaus sind einige Unternehmen wie AM Flow auf modulare Lösungen spezialisiert, die eine schnelle und automatisierte AM-Teileidentifikation sowie Sortierung, Kommissionierung, Verpackung und Transport bieten. In Zukunft möchte AM Flow automatisiertes ID-Tagging entwickeln, das den Weg für eine vollständige Track-and-Trace-Fähigkeit für AM-Teile über einen durchgängig digitalisierten Workflow ebnet.

Die Automatisierung der Nachbearbeitung in AM verändert die Wirtschaftlichkeit bei der Skalierung des Technologieeinsatzes vollständig. Es ermöglicht eine viel höhere Flexibilität beim Fabriklayout und macht es Herstellern möglich, diese Technologie für die digitale, schnelle Produktion zu übernehmen.

Weiterführende Literatur:Kombination von 3D-Druck und Robotik zur Schaffung intelligenter Fabriken

4. Automatisierung von 3D-Druck-Auftragsabwicklung und AM-Produktionsmanagement

Zusätzlich zu den direkten Kosten im Zusammenhang mit der manuellen Nachbearbeitung gibt es auch versteckte Kosten wie die Zeit des Arbeiters für die Angebotserstellung von Teilen und die Bearbeitung von AM-Aufträgen und die Zeit des Bedieners für die Planung von Druckaufträgen.

Die Berechnung der Teilekosten, die Eingabe von Daten in Tabellenkalkulationen und die Planung der Produktion mit klobigen Lösungen können mehrere Stunden pro Tag in Anspruch nehmen und die Produktivität von AM einschränken.

Da AM schnell reift, erkannten Unternehmen bald, dass sie AM-Produktionsmanagementprozesse automatisieren müssen, um ein skalierbares Wachstum zu gewährleisten.

Die Notwendigkeit einer höheren Produktionseffizienz hat die Entwicklung von Workflow-Management- und Manufacturing-Execution-Software (MES) mit Ausrichtung auf AM-Technologie in Gang gesetzt.

Mehr zu MES:Der Einsteigerleitfaden für additive Fertigungssysteme

Heute können additive MES- und Workflow-Software Unternehmen dabei helfen, durch Automatisierung Personalkosten einzusparen, indem sie bisher manuelle Prozesse digitalisieren.

So verwendet beispielsweise eine 3D-Druckanlage eines globalen 2D-Druck- und IT-Unternehmens die MES-Software von AMFG für die Angebotserstellung von 3D-Druckteilen und die Auftragsverwaltung. Durch die Umstellung von Tabellenkalkulationen auf eine automatisierte Lösung konnte das Unternehmen die Angebotszeit um fast 80 % reduzieren.

Die Automatisierung von Auftragsabwicklungs- und Produktionsmanagementprozessen in der additiven Fertigung wird letztendlich dazu beitragen, AM mehr als nur ein Werkzeug für Anwendungen mit geringen Stückzahlen zu sein. Es bildet die Basis für eine skalierbare, integrierte und kostengünstige Massenproduktion.

Weiterführende Literatur:Herausforderungen der additiven Fertigung mit MES lösen

Wie weit sind wir von einer vollautomatisierten AM-Fabrik entfernt?

Die Automatisierung von AM-Prozessen, von der Konstruktion bis zur Endbearbeitung, bietet ein enormes Potenzial für Kapitaleinsparungen durch Senkung der Arbeitskosten und Steigerung der Produktivität.

Wie in einem Pilotprojekt namens NextGenAM gezeigt wurde, kann die Automatisierung die Produktionskosten um bis zu 50 % senken. Darüber hinaus kann die automatisierte Fertigung mehr Konsistenz in den Prozess bringen, indem menschliche Fehler und Ausschuss minimiert werden.

Heute am Markt verfügbare Automatisierungslösungen haben sich gegenüber den frühen Projekten und Pilotprojekten vor wenigen Jahren deutlich weiterentwickelt.

Um in vollem Umfang von der AM-Automatisierung zu profitieren, müssen Unternehmen heute mit der Transformation beginnen, um ihre Erfahrung schneller in einen Wettbewerbsvorteil umzuwandeln.

Wie bei vielen technologischen Transformationen werden die Early Mover und Risk Taker, die bereit sind, auf Automatisierung in AM zu setzen, die Früchte der digitalen Fertigung der Zukunft ernten.

Entdecken Sie, wie Sie AM durch Workflow-Automatisierung transformieren können

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