Additive Fertigung: Innovationsmotor für diverse Branchen

Die Einführung von Motion-Control-Technologie, Robotik und Leistungselektronik sind Schlüsselfaktoren für das rasante Wachstum der additiven Fertigung. Dieser nicht-traditionelle Prozess, digitale Designdaten zu nutzen, um solide dreidimensionale Objekte durch schichtweises Aufschmelzen von Materialien von unten nach oben (3D-Druck) zu erzeugen, trägt auch zu den transformativen Ergebnissen bei, die Unternehmen in diversen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Mode, Life Sciences und Konsumgüter heute realisieren.

Wachsende Komplexität

Von den frühen Tagen des 3D-Drucks für Prototypen bis zur aufkommenden Rolle als Vollproduzent industrieller Produkte ändert sich der Anwendungsbereich der additiven Fertigung (AM) rasant. Einst auf Kunststoffe beschränkt, kann heutige Technologie nun Substanzen wie Keramik, Verbundwerkstoffe, Metalle, Polymere und Hybridmaterialien verarbeiten. Insgesamt können über hundert Materialien in additiven Anwendungen eingesetzt werden, was den Weg für die Produktion anspruchsvoller, langlebiger Objekte wie Maschinenwerkzeugvorrichtungen und Vollproduktionsformen ebnet.

Trotz innovativer Durchbrüche und reichlich Wachstum muss noch mehr geleistet werden, um die Geschwindigkeit zu erreichen, die additive Anlagen für Endanwender rentabel macht, die Fertigbauteile in hohen Stückzahlen fertigen wollen. Doch der nötige radikale Geschwindigkeitszuwachs darf nicht auf Kosten der Bauteilqualität gehen. Dies stellt die Industrie vor eine große Frage: Woher kommt der wesentliche Sprung in der Geschwindigkeit bei gleichbleibender Qualität für die additive Fertigung?

Während die ultimative Antwort möglicherweise aus mehreren Quellen resultiert, ist der beste Ort für eine ideale Lösung in den Verbesserungen zu suchen, die Motion Control bieten kann.

Motion Control in der additiven Fertigung heute

Wenn man typischerweise an Motion Control in der additiven Technologie denkt, visualisiert man, wie schnell ein Extruder über ein Druckbett bewegt werden kann. Dies ist zwar sicherlich ein wichtiger Teil der industriellen Gleichung, aber es gibt mehr zu beachten. Beispielsweise ist das erfolgreiche Bewegen einer Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften durch denselben Extruder einfach eine weitere Form von Motion Control – und eine außerordentlich kritische für langfristige industrielle Produktivität.

Mit dem Wachstum der additiven Fertigung steigt auch der Bedarf an Werkzeugsätzen und Industriestandards, um Bearbeitungsprobleme für die Serienproduktion zu überwinden. Beispielsweise hat die Nachfrage nach höherer Maschinengeschwindigkeit bei Erhalt der Bauteilqualität die Entwicklung und Verbesserung industrieller Drucker angestoßen.

Zu Beginn der AM wurden kleine Desktop-Rahmen von Hobby-Steuerungen angetrieben, die günstige Schrittmotoren ansteuerten. Dieser Ansatz mangelte an Leistung und Zuverlässigkeit – zwei Dinge, die für die Serienfertigung von Bauteilen dringend benötigt werden.

Heute nutzt die additive Fertigung Hochleistungs-Maschinensteuerungen, fortschrittliche Servosysteme und Robotertechnologie, um Produktqualität zu steigern und Teileproduktion zu beschleunigen. Konkret ermöglichen 3D-Drucker, die Servosteuerung mit hochauflösendem Feedback anstelle von Schrittmotoren auf allen Achsen (einschließlich Extruder) verwenden, schnelle, konsistente Position-, Geschwindigkeits- und Drehmomentregelung auf allen Achsen, was einen schnelleren, konsistenten Materialfluss mit Jam-Erkennung bietet.

Überwältigende Vorteile

Von Turbinenkomponenten über Sportschuhe und Zahnkronen bis hin zu neuen Häusern – Unternehmen setzen auf industrielle Motion-Control-Systeme für die additive Fertigung, um zahlreiche Vorteile zu erzielen:

• Flexible und diversifizierte Teilefertigungsmöglichkeiten
• Verbesserte Produktionsverfügbarkeit
• Erhöhte Produktionseffizienz (Reduzierung des overall Rohmaterialverbrauchs)
• Geringere Herstellungskosten

Zudem können Hersteller, die Motion-Control-Technologien mit industrieller Roboterautomatisierung kombinieren, die Flexibilität erfahren, Fabriken zu schaffen, die einzigartige Produkte fertigen können, die komplexe Anforderungen erfüllen.

Innovative Technologie

Die Koordination mehrerer bewegter Teile und Peripheriegeräte während des additiven Fertigungsprozesses ist der Schlüssel zur effektiven Produktion. Dies ist ein Grund, warum Experten und Ingenieure bei Yaskawa America Inc., Drives & Motion Division, innovative Maschinensteuerungs- und Servosystemtechnologie entwickelt haben:

• Der MP3300iec Motion Controller und die Sigma-7 Servomotorenfamilie entfesseln die Hochgeschwindigkeitsleistung und Präzision, die für die serienmäßige additive Produktion benötigt werden, während sie G-Code-Programme und sanfte kinematische Bewegungsprofile ausführen.
• Produktivität ist essenziell, aber Flexibilität muss gleichermaßen wichtig sein. Dieser Bedarf ist die Genesis von Singular Control, der in Yaskawas MP3300iec Controller integrierten Fähigkeit, alles von Sechs-Achsen-Robotern bis zu Roboterportalen und Einzelservoachsen vom selben Gerät aus zu verwalten, mit derselben Programmierung. Singular Control ermöglicht es Anwendern, mehrere Maschinentypen und Bewegungsdisziplinen im additiven Fertigungsraum zu programmieren, ohne einen Spezialisten für Roboterprogrammierung einstellen zu müssen.
• Die nächste Revolution kommt vom Servo, dem Herzstück der meisten additiven Fertigungssysteme. Sigma-7 Motoren und SERVOPACK-Verstärker lassen sich problemlos mit Yaskawa Maschinensteuerungen koppeln, um Bewegungsautomationssysteme zu schaffen, die sichtbare Verbesserungen in Geschwindigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit bieten. Beispielsweise liefern die intelligenten industriellen 3D-Drucker eines Unternehmens 3D-Druck mit 350 mm/s, mit einer Verfahrgeschwindigkeit von 1 m/s. Dies schafft einen Unterschied, den man sowohl in der Bewegung des Druckers als auch in der Bilanz seines Besitzers deutlich sieht.

Fortgesetzte Innovation

Der Wohlers Report 2017 schätzt, dass derzeit ein 7-Milliarden-Dollar-Markt für Materialien und Ausrüstung besteht, und diese Nachfrage in den kommenden Jahren voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 17 % wachsen wird. Damit diese Prognose zutrifft, gibt es Schlüsselbereiche für Verbesserungen für die Serienproduktion von Gütern und Produkten in diversen Branchen.

Fortgesetzte Forschung zur Kombination von MP3300iec Motion Control mit Linearmotortechnologie wird den Bedarf an höherer Geschwindigkeit und Präzision für 3D-Druck adressieren. Und weitere Entdeckungen zum Einsatz von MP3300iec Singular Control für robotergestützten 3D-Druck werden helfen, Sekundärprozesse mit Roboterarmen für Anwendungen wie Oberflächenveredelung, Materialhandhabung, Einlegen und Inspektion zu verfeinern.

Additive Fertigungstechnologien und -prozesse bieten eine völlig andere Art, Produkte zu entwerfen und herzustellen. Mit mehr Forschung und Entwicklung ist diese Produktionsmethode bereit, die wertvollste Fertigungsform überhaupt zu werden und Branchen auf Arten zu revolutionieren, die einst jenseits der Vorstellungskraft lagen.

Mehr erfahren!

Im November besuchen Sie unbedingt den Yaskawa-Stand (#C11414) auf der FABTECH, 6.–8. November im Georgia World Congress Center in Atlanta, IL, um mehr über additive Fertigung zu erfahren und eine Live-3D-Druckvorführung zu sehen – mit unserem schnellsten Drucker der Branche (350 mm/s Druck, 1000 mm/s Schnellverfahr, 4G Beschleunigung)!