Produktion zukunftssicher machen: FMS treibt hybriden Fertigungserfolg

Als Anbieter von Automatisierungsausrüstung und Software ist unser Unternehmen in diese laufende, revolutionäre, datengesteuerte Reise eingetaucht, und wir erwarten einen neuen Trend: Unsere Kunden automatisieren nicht nur ihre traditionellen subtraktiven Methoden, sie suchen auch, ihre hybriden Fertigungsprozesse (kombinierte additive und subtraktive Prozesse) zu automatisieren, um den Hauptvorteil jedes flexiblen Fertigungssystems (FMS) zu nutzen: die Etablierung eines zuverlässigen, konsistenten Prozesses und Produktionsflusses, der 24/7 betrieben werden kann.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie wird unter den ersten sein, die hybrides Fertigungs-FMS einführen. Die Medizintechnikindustrie ist sicherlich dicht dahinter, da viele ihrer Anwendungen gut für einen hochproduktiven hybriden Prozess geeignet sind. Eine hybride FMS-Konfiguration wird Ähnlichkeiten und Unterschiede mit einem konventionellen subtraktiven Bearbeitungs-FMS haben. Gemeinsamkeiten umfassen die digitalen Aspekte – wie Teil- und Vorrichtungsdateivorbereitung, Anbindung an ein ERP-System für Terminierungspriorisierung und Materialbestand, und Verbindung mit dem FMS-Controller, der Auswahl, Überwachung, Analyse und Änderung der Bedingungen steuert.

Die Unterschiede in einem hybriden FMS liegen hauptsächlich in den Werkstückhandhabungsaspekten. Zum Beispiel wird es wahrscheinlich keinen Palettenstapler mit Kran geben wie in subtraktiven Zellen. Das hybride System-Level-Handhabungsgerät ist typischerweise ein Industrieroboter. Roboter mit dedizierten Fingern oder Greifern werden zuerst die Bauplatte und nach Teileentnahme das einzelne Teil von Maschine zu Maschine bewegen.

Wir sehen Prozesse, die für einen Kunden notwendig sein werden, in zukünftigen hybriden FMS-Applikationen einzuschließen, und andere, die interessant und potenziell vorteilhaft für den Kunden sein werden, zu integrieren. Alles hängt von der Applikationsfamilie und der Motivation des Unternehmens ab, so automatisiert wie möglich zu werden, oft mit der großen Unbekannten – Verfügbarkeit qualifizierter Menschen in der Zukunft – als einem der Haupttreiber für Automatisierung.

Die notwendigen Funktionen würden alle oben genannten Teile-Datenvorbereitung umfassen; Entpacken (Entfernen des Teils aus dem Pulver plus Pulverrecycling); Stützstruktur- und Bauplattenentfernung; Wärmebehandlung/Spannungsarmglühen; und Oberflächenveredelung, wie Kugelstrahlen.

Wenn das Teil ein kritisches ist, könnten die optionalen Funktionen, die integriert werden können, alle Qualitätssicherungsaktivitäten für das Pulvermaterial umfassen, bestehend aus Pulverauswahl, Trocknung, Siebung, Befüllen des Maschinen-Pulvertanks und Pulverentsorgung. Primäre Qualitätssicherungsmaßnahmen werden am fertigen Teil durchgeführt, das dann bereit ist, zur Montage transportiert zu werden (was auch downstream automatisiert werden kann).

Hybride Applikation ist jetzt bereit

Luftfahrt-Turbinenschaufeln sind eine Schlüssel-Hybrid-Applikation, die jetzt für Automatisierung bereit ist. Die Schaufel wird Schicht für Schicht mittels Direct Metal Laser Sintering gefertigt. Das Pulver besteht aus Inconel, der Nickel-Chrom-basierten Superlegierung, die in Flugzeugtriebwerken verwendet wird. In diesem Fall wird das Werkstück auf einer Plattform von der additiven Maschine zu nachfolgenden Stationen transportiert. Die Druckstützstrukturen werden automatisch abgetrennt und die Turbinenschaufel wird ausgepackt und von der Bauplattform durch einen Roboter gelöst.

Das gelöste Blatt erhält seine Sekundäroperationen automatisch verarbeitet mit einer Vielzahl von Veredelungswerkzeugen. Selbst die Roboterfinger sind 3D-gedruckt mit einem Aluminium-basierten Pulver, was das optimale Gewichts-Steifigkeits-Verhältnis liefert. Die 3D-gedruckten Fingereinsätze und die Werkstückvorrichtung sind präzise auf die komplexe "Tannenbaum"-Geometrie abgestimmt für einen festen und zuverlässigen Griff.

Wir sehen volle Automatisierung des hybriden Prozesses am Horizont. Die Implementierung eines FMS für hybride Fertigung bietet die Vorteile kürzerer Lieferzeiten, keine anspruchsvollen Werkzeuge erforderlich und ein hochstabiler, konsistenter Produktionsfluss – 24/7.