Kontinuierliche Verbesserung des 3D-Drucks in Metall 01.11.2017, 00:00 Uhr

Additive Manufacturing trifft Industrie 4.0

3D-Druck und Industrie 4.0 sind „voll im Trend“. Während die additive Fertigung im Bereich Kunststoff bereits die ersten erschwinglichen Drucker für Privathaushalte hervorgebracht hat, ist und bleibt die Technologie mit Metall in den Händen innovativer Industrieunternehmen. Beispielsweise realisiert das Unternehmen Toolcraft 3D-gedruckte Präzisionsbauteile in Metall seit 2011.

Bild 1. Verschiedene mithilfe der ‧additiven Fertigungstechnologie ‧hergestellte Bauteile. Bild: Toolcraft

Bild 1. Verschiedene mithilfe der ‧additiven Fertigungstechnologie ‧hergestellte Bauteile. Bild: Toolcraft

Auch Industrie 4.0 wird beim Mittelständler im Bereich der CNC-Zerspanung bereits „gelebt“. Nun sollen additive Fertigung und Industrie 4.0 miteinander verbunden werden – mithilfe der Software „NX“ von Siemens, einer führenden integrierten Lösung für Computer Aided Design, Manufacturing und Engineering (CAD/CAM/CAE).

Beim 3D-Druck – ob Metall oder Kunststoff – arbeiten zunehmend mehr Unternehmen an der kontinuierlichen Verbes­serung der Technologie (siehe auch gelber Infokasten). Mittels Metall-Laserschmelzen beispielsweise lassen sich komplexe und effiziente Leichtbaustrukturen sowie innenliegende Strukturen herstellen, die unter anderem interessant sind für die Luft- und Raumfahrt, den Energiesektor, die Medizintechnik sowie den Motorsportbereich, Bild 1.

Zudem gibt es seitens der Maschinenhersteller immer deutlichere Bemühungen in Richtung Automation, um den Prozess sowie die Nachbearbeitung der Teile noch effektiver zu gestalten. Auch hybride Bearbeitungszentren, in denen die additive und zerspantechnische Fertigung kombiniert werden, sind auf dem Vormarsch.

Innovatives Familienunternehmen

Als Partner von Konstrukteuren aus verschiedenen Bereichen fertigt Toolcraft Präzisionsteile, Baugruppen, Werkzeuge und Spritzgussteile. Beispielbranchen sind die Halbleiterindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, optische Industrie, der Spezialmaschinenbau sowie Motorsport und Automotive. Dabei setzen die Verantwortlichen auf Innovationen und investieren in zukunftsweisende Technologien wie den 3D-Druck in Metall und den Bau von individuellen Roboterlösungen. Teil der Philosophie ist zudem eine intensive Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern.

Das mittelständische Familienunternehmen wurde 1989 von Bernd Krebs gegründet. Seit 2011 realisiert Toolcraft 3D-gedruckte Präzisionsbauteile in Metall und bezieht in Georgensgmünd demnächst das neu gebaute Laserschmelzzentrum. Um bereits den Metall-Laserschmelzprozess von der Konstruktion bis zur Fertigung und Nachbearbeitung zu optimieren, entschied sich Toolcraft für das NX-Software-Paket von Siemens. Bislang waren verschiedene Programme bei einzelnen Prozessschritten im Einsatz. Dies führte zu einem teilweise langwierigen sowie unkontrollierbaren Daten- und Fertigungsprozess.

Integrierte Lösung für CAD, CAM und CAE

Siemens PLM Software, eine Business Unit der Siemens Digital Factory Division, ist ein führender, weltweit tätiger Anbieter von Software, Systemen und Dienstleistungen für das Product Lifecycle Management (PLM) und das Management von Produk­tionsvorgängen (MOM) mit über 15 Millionen lizenzierten Anwendern und mehr als 140 000 Kunden in aller Welt. NX ist eine integrierte Software-Suite zur Produktentwicklung und Teilefertigung. Sie unterstützt bei der schnellen und effizienten Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte durch integrierte CAD-, CAM- und CAE-Module. Das Programm bietet leistungs­fähige Lösungen für die Produktentwicklung, 3D-Modellierung und Dokumenta­tion. Enthalten sind auch multidisziplinäre Berechnungen struktureller, beweglicher, thermischer, fließender und multi-physikalischer Anwendungen sowie vollständige Teilefertigungslösungen für den Werkzeugbau, spanende Bearbeitungen und die Qualitätskontrolle.

Dabei lässt sich die Software problemlos in „Teamcenter“ integrieren – die weltweit am häufigsten eingesetzte digitale Lifecycle-Management-Software. Keine andere Software am Markt bietet eine derart ausgereifte Grundlage zur Herstellung von Präzisionsbauteilen im High-End-Bereich. Daher hat sich Toolcraft zur Zusammenarbeit mit Siemens entschieden.

Durchgängiger Prozess

NX bietet einen durchgängigen Prozess von der Konstruktion über die Simulation bis zur Fer­tigung und zerspantechnischen Nachbearbeitung, Bild 2.

Bild 2. Die Software „NX“ von Siemens sichert die Durchgängigkeit des Herstellungs­prozesses. Bild: Toolcraft

Bild 2. Die Software „NX“ von Siemens sichert die Durchgängigkeit des Herstellungs­prozesses. Bild: Toolcraft

 

Zwischen den einzelnen Prozessschritten sind Feedbackschleifen eingebaut. Dabei ist die grenzenlose Designfreiheit für innovative und komplexe Teile gewährleistet. Besondere Funktionen zur Topologie-Optimierung sowie der Aufbau von Gitterstrukturen sind bei der additiven Fertigung von besonderem Interesse und daher ebenfalls in NX integriert. Durch das Prüfen von Konstruktionsrichtlinien eines Bauteils gewährleistet das Programm bereits im Vorfeld die Machbarkeit. Dabei prüft sie Wanddicken, eventuell notwendige Stützstrukturen in bestimmten Bereichen sowie die Möglichkeit der abschließenden Besei­tigung etwaiger Pulverrückstände in innenliegenden Hohlräumen. Somit kann der Produktionserfolg durch fortschrittliche Analyse-Tools und Simulation des Bau­prozesses gesichert werden.

Nach Abschluss der Konstruktion können mithilfe von NX die Bauplatte eingerichtet, die Stützstrukturen generiert und Anweisungen für Metallpulverbett-Drucker programmiert werden, wie sie zum Beispiel bei Toolcraft zum Einsatz kommen. Nach dem Druck im Laserschmelzverfahren unterstützt NX die Endbearbeitung mithilfe traditioneller CAM-Anweisungen für zerspantechnische Fertigungsanlagen.

„Durch den Einsatz von NX können wir nicht nur unsere Wettbewerbsfähigkeit erhöhen, auch der Produktionsprozess wird beschleunigt. Das führt zu kürzeren Inno­vationszyklen und zur Herstellung von komplexeren Teilen“, so Christoph Hauck, Geschäftsführer von Toolcraft. „Für unsere Kunden bedeutet dies erhöhte Transparenz, qualitativ hochwertigere Produkte sowie eine Steigerung von Effektivität und Effizienz.“

Stets auf dem aktuellen technischen Stand

„Unsere vielfältigen Kundenprojekte, aber auch neutrale Studien, belegen ganz klar: Additive Fertigungsverfahren und Industrie 4.0 verfügen über hohe Synergiepotentiale in der Umsetzung“, kommentiert Urban August, Senior Vice President und Geschäftsführer für Deutschland bei Siemens PLM Software. „Eine durchgängige Digitalisierung der Produktentstehung beschleunigt den Einsatz additiver Fertigungsverfahren erheblich, da der 3D-Druck direkt aus vollständig beschriebenen digitalen Produktmodellen erfolgen kann. Gleichzeitig können so unsere Kunden den Megatrend zu mehr Produktvarianten und individualisierten Produkten in Klein- und Einzelserien aufgreifen und erfolgreich umsetzen.“

Um die Industrialisierung der additiven Fertigung noch weiter voranzutreiben, schlossen Siemens und Toolcraft einen Kooperationsvertrag. Dabei bildet Toolcraft die gesamte Prozesskette von der Konstruktion über die Fertigung und zerspantechnische „Ver­edelung“ bis hin zur Qualitätsprüfung und zerstörungsfreien Prüfung nach Nadcap (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program)-Standard im eigenen Hause ab. Daher entschied sich Toolcraft nicht nur im Bereich 3D-Druck in Metall für die Software, sondern führt zeitgleich auch NX und NX CAM in den Bereichen Engineering beziehungsweise AV (Arbeitsvorbereitung) / NC-Programmierung ein. „So bleiben wir stets auf dem neuesten Stand der Technik,“ schließt Christoph Hauck.

www.toolcraft.de

Kooperation unter Global Playern

Im Rahmen ihrer langjährigen Partnerschaft treiben HP Inc., Palo Alto/USA (www.hp.com – formnext: Halle 3.1, Stand E40), und Siemens jetzt den 3D-Druck in der industriellen Produktion weiter voran. Dafür haben die beiden Unternehmen zusammen ein neues, HP-zertifiziertes Softwaremodul für die additive Fertigung (AM) entwickelt. „Siemens NX AM“ für „HP Multi Jet Fusion“ ist ab sofort bei Siemens PLM Software erhältlich. Es erweitert die End-to-End-Lösung für alle Prozesse der additiven Fertigung von Konstruktion bis Produktion. Das NX-Software-Modul erlaubt es Kunden, für ihre HP-3D-Druckprojekte Teile in einer einzigen Software-Umgebung zu entwickeln und zu verwalten.

www.plm.auto­mation.siemens.com/de

Von Bettina Greiffer

Bettina Greiffer arbeitet als freie Autorin in München.

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