5 Faktoren, die Sie beim Wechsel zur AM-Produktion berücksichtigen müssen

3D-Druck ist eine der Schlüsseltechnologien, die den Wandel in der Fertigung anführt. Um sein Potenzial in der Produktion jedoch voll ausschöpfen zu können, müssen Unternehmen die richtige Infrastruktur für Additive Manufacturing (AM) aufbauen.

Von der Wiederholbarkeit bis zur Automatisierung untersuchen wir fünf wichtige Säulen, die den Übergang vom 3D-Druck zur Endteilfertigung unterstützen und welche Lösungen beim Übergang helfen können.

1. Rückverfolgbarkeit

Rückverfolgbarkeit ist derzeit eines der Hauptanliegen von Unternehmen, die additive Fertigung für die Produktion einsetzen.

In der Fertigung bedeutet Rückverfolgbarkeit die Möglichkeit, jedes Teil und Produkt während des gesamten Herstellungsprozesses zu verfolgen, ab dem Zeitpunkt, an dem Rohstoffe bis zum Versand der Endprodukte in die Fabrik gelangen.

Da Vorschriften, Berichterstattungs- und Qualitätskontrollanforderungen ins Spiel kommen – insbesondere für Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Medizin – muss der derzeitige Mangel an Rückverfolgbarkeit im gesamten AM-Ökosystem und in der Lieferkette angegangen werden, wenn AM weit verbreitet werden soll als zukunftsfähige Fertigungstechnologie.

Eine Herausforderung dabei ist die Rückverfolgbarkeit von wiederverwendetem Material. Bei Metall-PBF bleibt beispielsweise nach Abschluss des Druckvorgangs eine gewisse Menge Metallpulver ungeschmolzen und kann gesiebt und dann mit einem neuen Pulver in einem bestimmten Verhältnis vermischt werden.

Der Materialwiederverwendungsprozess muss sichtbar und rückverfolgbar sein, damit Endverbraucher sicher sein können, dass sie hochwertige Materialien für die Herstellung kritischer Teile verwenden.

Darüber hinaus ist die Rückverfolgbarkeit der Chargen unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Teile in jeder Charge alle Sicherheitsanforderungen erfüllen oder Qualitätsstandards.

Derzeit ist der beste Weg, um Rückverfolgbarkeit zu erreichen, der Einsatz von digitalen Lösungen wie dem Manufacturing Execution System (MES), einer Software, die jeden Schritt im AM-Produktionsworkflow verwaltet und steuert.

Eine durchgängige Rückverfolgbarkeit, die durch MES-Software ermöglicht wird, kann durch Datenanalyse- und Business-Intelligence-Tools effektivere Qualitätsmanagementprozesse etablieren.

In der Lage zu sein, genau zu verfolgen, was mit Ihren 3D-Teilen passiert ist und wann entlang des Produktlebenszyklus eine neue Stufe der Prozessqualität für AM erhöht, da Unternehmen wichtige Daten einfach überprüfen und Prozesse optimieren können wenn Fehler oder Störungen auftreten.

Der Aufbau von rückverfolgbaren AM-Operationen ist der erste Schritt zur Nutzung der Technologie für die Produktion, da sie dazu beiträgt, Transparenz und Verantwortlichkeit in der gesamten Lieferkette zu gewährleisten und nachzuweisen, dass Produkte bestimmten Standards entsprechen oder Branchenvorschriften einhalten.

2. Wiederholbarkeit

Wiederholbarkeit – die Fähigkeit, jedes Mal gleich ein Teil oder eine Komponente zu produzieren – ist ein weiterer entscheidender Faktor, um eine Produktion mit AM zu erreichen.

Die meisten AM-Technologien erfordern einen umfassenden Aufbau, um sicherzustellen, dass das Teil schließt den Druckprozess ab und kann nachbearbeitet werden. Wie die meisten AM-Anwender wissen, ist dies manchmal leichter gesagt als getan, da es nicht ungewöhnlich ist, mit Variationen und Inkonsistenzen von Teil zu Teil und Maschine zu Maschine konfrontiert zu werden.

Ein Weg nach vorne besteht darin, so viele Daten wie möglich zu sammeln, die einen Einblick in den 3D-Druckprozess geben können, und diese Daten zur Optimierung des Prozesses zu verwenden.

Der Aufbau eines geschlossenen Regelkreises gilt als der effizienteste Weg, um die Wiederholbarkeit in AM zu erhöhen.

Ein geschlossenes Regelsystem umfasst drei Schritte:Der erste ist die Planung des Baus durch Simulation; zweitens ist die prozessinterne Überwachung des Druckprozesses; und schließlich die Verwendung der gesammelten Daten, um Abweichungen während des Druckprozesses zu erkennen und das System anzupassen, um sie zu kompensieren.

Letztendlich erfordert das Erreichen der Wiederholbarkeit eine enge Integration von Hardware und Software. Darüber hinaus sollten Hersteller ein tiefes Verständnis der AM-Ausrüstung haben, der Schlüsselvariablen, die in den Prozess einfließen, wie diese Variablen variieren können und wie die Ausrüstung zu kalibrieren ist.

Dabei natürlich , erfordert eine steile Lernkurve, dieses Wissen ist für den 3D-Druck von Teilen mit zuverlässigen, konsistenten Ergebnissen unerlässlich.

3. Teilegenauigkeit 

Da die Verwendung von AM über nur kosmetische Modelle hinausgeht, liegt ein wachsender Fokus auf der Maßhaltigkeit. Der Begriff Genauigkeit beschreibt, wie genau die Ausgabe eines Fertigungssystems innerhalb eines bestimmten Abmessungsbereichs einer Toleranz entspricht.

Als AM noch in der Anfangsphase war und hauptsächlich für das Prototyping verwendet wurde, spielte Genauigkeit keine große Rolle. Heute wird jedoch von AM-Systemen viel mehr verlangt. Sie produzieren routinemäßig funktionale Prototypen, Vorrichtungen und Endanwendungsteile, die denselben strengen Genauigkeitsstandards entsprechen müssen, die mit traditionellen Herstellungsverfahren wie maschineller Bearbeitung, Spritzguss und Gießen verbunden sind.

Gesamtmaßgenauigkeit ist von größter Bedeutung, wenn diese Fertigungshilfsmittel und Fertigwaren müssen einwandfrei funktionieren.

Angesichts des Vordringens des 3D-Drucks in anspruchsvolle funktionale Anwendungen ist es wichtig zu überlegen, ob ein 3D-Drucksystem toleranzhaltige Teile produzieren kann und dies wiederholt.

4. Automatisierung

Automatisierung ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur AM-Produktionsbereitschaft und Skalierbarkeit. Durch eine Kombination aus Hard- und Software sowie Robotik, Sensoren und Netzwerken gewährleistet die Automatisierung schlankere Prozesse als Teil eines durchgängigen digitalen Produktionszyklus.

Für Hersteller, die Automatisierungssysteme einbinden in AM-Produktionslinien kann zu mehr Effizienz führen, indem beispielsweise manuelle Prozesse ersetzt und fortschrittliche Tracking- und Analysesysteme eingerichtet werden.

Im gesamten AM-Workflow können verschiedene Automatisierungsgrade erreicht werden. In der Designphase gibt es derzeit Lösungen, die dabei helfen, einige Teile des Designprozesses zu automatisieren, z. B. die Supportgenerierung.

Darüber hinaus entwickeln sich Designtools wie die Topologieoptimierung weiter, um die besten Designs für eine bestimmte Anwendung und technische Anforderungen zu generieren und zu validieren.

In der Produktionsphase gibt es eine Möglichkeit, die Produktionsplanung und -steuerung mit Hilfe von MES-Software zu rationalisieren. Diese Software ersetzt arbeitsintensive Prozesse wie manuelle Auftragsabwicklung und Projektmanagement durch den Einsatz einer einzigen digitalen Plattform.

Außerdem war die AM-Nachbearbeitung lange Zeit die am wenigsten automatisierte Stufe der gesamten AM-Produktionslinie. Dies ändert sich jetzt mit der Einführung von Nachbearbeitungssystemen, die auf die automatisierte Reinigung, Entpulverung, Stützenentfernung und Einfärbung von 3D-gedruckten Teilen ausgerichtet sind.

Automatisierte Nachbearbeitungssysteme öffnen auch die Tür zu einem höheren Grad an Wiederholbarkeit mit AM. Da fast alle 3D-gedruckten Teile eine Nachbearbeitung erfordern, ist es wichtig sicherzustellen, dass ein Nachbearbeitungssystem wiederholbare Ergebnisse liefert – und softwaregesteuerte Automatisierung bietet eine der Lösungen.

Die Einführung von Automatisierung in allen Phasen des AM-Workflows wird letztendlich die Gesamtkosten des 3D-Drucks senken und seine Reichweite auf ein breiteres Anwendungsspektrum erweitern.

5. Überprüfung und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften 

Das letzte Element, das den Übergang zur Produktion mit AM untermauert, ist die Möglichkeit, die Leistung Ihrer 3D-gedruckten Teile zu überprüfen.

Ein verifizierter AM-Prozess gibt Herstellern die Gewissheit, dass die chemischen, mechanischen und bei Metallteilen metallurgischen Eigenschaften sowie komplexe Geometrien durchgängig innerhalb der Spezifikationsgrenzen erreicht werden können.

Um eine Verifizierung zu erreichen, ist es entscheidend, die derzeit verfügbaren AM-Standards zu verstehen und anzuwenden, die von ISO, ASTM und anderen Standardisierungsgremien entwickelt wurden.

Während Standards für 3D-Druckverfahren entwickelt werden – bisher gibt es 22 veröffentlichte Standards von ASTM und 15 von ISO – befinden sich viele der kritischen Standards noch in der Entwicklung.

Die aktuelle Methode der Qualitätssicherung und -verifizierung ist beispielsweise das Testen von Endteilen, was zusätzliche Zeit und Ressourcen erfordert. Um dieses Problem zu lösen, muss die Industrie umfassende Teilezertifizierungsprozesse entwickeln, die eine bessere Echtzeit-Qualitätskontrolle ermöglichen.

Erschwerend kommt hinzu, dass sich die Zertifizierungsprozesse je nach Branche und Anwendung unterscheiden . Wie und wann Tests für die Zertifizierung durchgeführt werden, ist ein Bereich, der in jedem Standardisierungsprozess spezifiziert werden muss.

Die Zusammenarbeit mit Experten und erfolgreichen Anwendern, wie etablierten Dienstleistern, ist jedoch ein entscheidender Schritt in Richtung Informieren Sie sich über die aktuellsten Vorschriften und Verifizierungsverfahren, die Sie benötigen, um den 3D-Druck erfolgreich in Ihre Produktionsumgebung zu integrieren.

Erfolgreicher Übergang zur Produktion mit 3D-Druck

Die eigentliche Produktion mit 3D-Druck beginnt erst, wenn alle fünf Teile zusammenkommen. Obwohl wir sie einzeln besprochen haben, überschneiden und ergänzen sich die Elemente oft.

Deshalb ist es wichtig, bei der Integration von AM in Ihre Produktion ganzheitlich zu denken und zu handeln. Sie können damit beginnen, die verfügbaren Technologien zu erkunden, diejenigen zu priorisieren, die für Ihre Anforderungen am besten geeignet sind, und nach und nach alle Teile zusammenzusetzen.

Obwohl der Wandel nicht über Nacht geschieht, ermöglichen Ihnen die Vorteile, die er bietet, neue Märkte und Geschäftsmodelle zu erschließen und die Zukunft der digitalen Fertigung mit 3D-Druck voranzutreiben.