FMS für Hybridfertigung am Horizont

Als Anbieter von Automatisierungsausrüstung und -software ist unser Unternehmen in diese fortwährende, revolutionäre, datengesteuerte Fahrt eingetaucht, und wir antizipieren einen neuen Trend:Unsere Kunden automatisieren nicht nur ihre traditionellen subtraktiven Methoden, sie wollen auch automatisieren ihre hybriden Fertigungsprozesse (kombinierte additive und subtraktive Prozesse), um den Hauptvorteil eines flexiblen Fertigungssystems (FMS) zu nutzen:die Einrichtung eines zuverlässigen, konsistenten Prozess- und Produktionsflusses, der rund um die Uhr betrieben werden kann.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie wird zu den ersten gehören, die das Hybrid-Fertigungs-FMS einführen. Die medizinische Industrie liegt sicherlich dicht dahinter, da viele ihrer Anwendungen gut für einen hochproduktiven Hybridprozess geeignet sind. Eine hybride Fertigungs-FMS-Konfiguration weist Ähnlichkeiten und Unterschiede zu einem herkömmlichen subtraktiven Bearbeitungs-FMS auf. Zu den Gemeinsamkeiten gehören die digitalen Aspekte – wie die Vorbereitung von Teile- und Vorrichtungsdateien, die Einbindung in ein ERP-System zur Planung der Priorisierung und des Materialbestands sowie die Verbindung mit dem FMS-Controller, der die Auswahl, Überwachung, Analyse und Änderung der Bedingungen steuert.

Die Unterschiede in einem hybriden FMS liegen hauptsächlich in den Aspekten der Arbeitsabwicklung. Beispielsweise wird es wahrscheinlich keinen Hochhubwagen mit Kran wie in subtraktiven Zellen geben. Die Handhabungsvorrichtung auf Hybridsystemebene ist typischerweise ein Industrieroboter. Roboter mit speziellen Fingern oder Greifern bewegen zuerst die Bauplatte und nach der Teileentnahme das einzelne Teil von Maschine zu Maschine.

Wir sehen Prozesse voraus, die ein Kunde in zukünftige hybride FMS-Anwendungen integrieren muss, und andere, deren Integration für den Kunden interessant und potenziell vorteilhaft sein wird. Es hängt alles von der Familie der Anwendungen und der Motivation des Unternehmens ab, so weit wie möglich zu automatisieren, wobei oft die große Unbekannte – die Verfügbarkeit qualifizierter Mitarbeiter in der Zukunft – als einer der wichtigsten Treiber für die Automatisierung genannt wird.

Die notwendigen Funktionen würden die gesamte Teiledatenaufbereitung wie oben erwähnt umfassen; Auspacken (Entfernen des Teils aus dem Pulver plus Pulverrecycling); Entfernung der Stützstruktur und Bauplatte; Wärmebehandlung/Spannungsarmglühen; und Oberflächenveredelung, wie z. B. Kugelstrahlen.

Wenn es sich um ein kritisches Teil handelt, können die optional integrierbaren Funktionen alle Qualitätssicherungsaktivitäten für das Pulvermaterial umfassen, einschließlich Pulverauswahl, Trocknung, Siebung, Befüllung des Pulvertanks der Maschine und Pulverentsorgung. Primäre Qualitätssicherungsmaßnahmen werden am fertiggestellten Teil durchgeführt, das dann bereit ist, zur Montage transportiert zu werden (die auch nachgelagert automatisiert werden kann).

Hybridanwendung ist jetzt bereit

Turbinenschaufeln in der Luft- und Raumfahrt sind eine wichtige Hybridanwendung, die jetzt zur Automatisierung bereit ist. Die Klinge wird Schicht für Schicht im direkten Metall-Laser-Sintern hergestellt. Das Pulver besteht aus Inconel, der Nickel-Chrom-basierten Superlegierung, die in Flugzeugtriebwerken verwendet wird. Dabei wird das Werkstück auf einer Plattform von der additiven Maschine zu nachfolgenden Stationen transportiert. Die Druckstützstrukturen werden automatisch weggeschnitten und die Turbinenschaufel wird ausgepackt und von der Bauplattform durch einen Roboter gelöst.

Die abgetrennte Klinge wird automatisch mit einer Vielzahl von Endbearbeitungswerkzeugen nachbearbeitet. Sogar die Finger des Roboters werden mit einem Pulver auf Aluminiumbasis 3D-gedruckt, wodurch das optimale Verhältnis von Gewicht zu Steifigkeit erreicht wird. Die 3D-gedruckten Fingereinsätze und die Werkstückaufnahme sind mit der komplexen „Tannenbaum“-Geometrie präzise abgestimmt für einen soliden und zuverlässigen Halt.

Wir sehen die Vollautomatisierung des Hybridprozesses am Horizont. Die Implementierung eines FMS für die hybride Fertigung bietet die Vorteile kürzerer Vorlaufzeiten, keine aufwändigen Werkzeuge und einen hochgradig stabilen, konsistenten Produktionsfluss – rund um die Uhr.