3D-Druck

Additive Fertigung: „Permanent neue Ideen“

Warum Additive Manufacturing durchgängiger Prozessketten bedarf. Und wie die Fertigungstechnologie letztlich zur Transformation von Unternehmen beitragen kann. Ein Gespräch mit Klaus Ponweiser, Head of Machine Tools Systems bei Siemens CEE.

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Additive Fertigung 3D-Druck

Abbildung der kompletten Prozesskette: Das Siemens Additive Manufacturing Experience Center in Erlangen.

Factory: Herr Ponweiser, dass sich Additive Fertigung etabliert hat, muss nicht mehr diskutiert werden, oder?

Klaus Ponweiser: Dem stimme ich absolut zu. Additive Fertigung ist mittlerweile eine Fertigungstechnologie wie viele andere auch – für ein bestimmtes Segment des Marktes. Manche Bauteile können auf andere Weise nicht oder zumindest nicht wirtschaftlich hergestellt werden. Die Vorstellung, dass der Druck irgendwann alle anderen Technologien an den Rand drängen würde, war natürlich immer schon übertrieben. Aber das gilt ja für jede Fertigungstechnologie.

Besondere Vorteile bietet Additive Fertigung natürlich, wenn man von einem Teil unterschiedlichste Ausprägungen haben will. Ein Beispiel, das wir in unserem Additive Manufacturing Experience Center in Erlangen zeigen, ist der customized Fahrradhelm: Nach exakter Vermessung der Kopfgeometrie wird über einen Digitalen Zwilling ein exakt angepasster Helm entworfen und anschließend gedruckt. In der klassischen Fertigung wäre so etwas sehr kostenaufwendig.

Führt die Möglichkeit neuer Geometrien dazu, dass sich die Konstruktion auch in der Praxis ändert?

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Ponweiser: Ja, das erlebe ich immer häufiger. Ich hatte etwa vor kurzem mit einem gebogenen Bauteil zu tun, durch das Luft strömt. Die Strömungssimulation hat als optimalen Aufbau des Inneren eine äußerst komplexe Struktur ergeben. Mit klassischer Fertigungstechnologie könnten Sie das niemals herstellen. Spannend ist es auch überall dort, wo das Gewicht eine Rolle spielt, denken Sie etwa an Flugzeugteile.

Die Technologie ist also auch in den Köpfen der Konstrukteure angekommen?

Ponweiser: Wo es sinnvoll ist: ja. Wer Teile für Züge herstellt, wird darauf vielleicht weniger achten, als wenn es um Flugzeuge geht.

Erleben Sie noch prinzipielle Vorbehalte gegen Additive Fertigung?

Ponweiser: Die sind mir schon lange nicht mehr begegnet, das hat sich wirklich gelegt. Im Gegenteil: Die Technologie erobert immer neue Gebiete, es entstehen permanent neue Ideen.

Ein zunehmendes Thema ist die hybride Fertigung, also 3D-Druck und Finishing in der gleichen Umgebung und unmittelbar hintereinander. Denken Sie etwa an Materialien, deren Oberfläche nach dem Druck nicht homogen erscheint. Da man sich ja in einem System bewegt, das alle Punkte im Raum erreichen kann, ist etwa Schleifen direkt im Drucksystem – nur eben mit einem anderen Werkzeug – naheliegend. Und teilweise geht es schon in die Gegenrichtung: dass in klassische Werkzeugmaschinen zusätzlich eine AM-Station eingebaut wird.

Sie haben den Digitalen Zwilling erwähnt. Bedingt Additive Fertigung denn ein hohes Digitalisierungs-Level der Anwender?

Ponweiser: Diese Entwicklung geht Hand in Hand. Man kann Additive Fertigung ja auch anwenden, ohne alle Vorteile zu nutzen, die eine geschlossene Prozesskette bietet. Im Grunde starten doch die meisten Technologien nicht sofort in der obersten Liga.

In vielen Fällen ist der Einsatz eines AM-Fertigungssystems allerdings tatsächlich der Anlass für weitere Schritte. Es beginnt oft mit der Anschaffung eines Druckers, und erst dann folgt das Programmiersystem, mit dem man auch wirklich alle Vorteile nutzen kann, die hier angelegt sind. Und spätestens dann stellt sich automatisch die Frage der Durchgängigkeit der Systeme.

Denn man kann zwar unterschiedliche Systeme mittels Übersetzungen verbinden – aber bei jeder Übersetzung geht unweigerlich ein Stück Datenqualität verloren. Das kann man beim Einsatz von CAD- und CAM-Systemen in der klassischen Fertigung sehr gut beobachten: Hier führen winzige Datenfehler dazu, dass etwa glatte Oberflächen kleine Unebenheiten zeigen.

Klaus, Ponweiser, Siemens © Siemens

„In vielen Fällen ist der Einsatz eines AM-Fertigungssystems tatsächlich der Anlass für weitere Schritte.“

Klaus Ponweiser, Siemens

Die durchgehende Prozesskette ist Ihr Kernthema?

Ponweiser: Ja, Siemens hat mit NX CAM und NX CAD ein Konstruktions- und Programmiersystem, und beide Softwaren haben spezielle Teile für das Thema AM im Bauch. Die nehmen von Beginn an darauf Rücksicht, dass Strukturen entstehen, die gut in AM abgebildet werden können. Der zweite Schritt ist die Umsetzung in der Programmierung, um letztlich ein File zu generieren, das der Drucker abarbeiten kann.

Dahinter steht die komplette Automatisierung am 3D-Drucker, in der einfachsten Variante mit Simatic, und wenn die Systeme komplexer sind, dann mit Sinumerik. Der letzte Schritt ist der Rückfluss: Man sammelt die Daten aus den unterschiedlichen Systemen und spielt sie in das Teamcenter zurück. Hier schließt sich dann der Kreis: Aus den gewonnenen Prozessdaten kann man Rückschlüsse für das nächste Mal ziehen.

Diese komplette Prozesskette haben wir im Additive Manufacturing Experience Center in Erlangen abgebildet. Hierher kommen unsere Kunden, um gemeinsam mit uns den jeweiligen Anwendungsfall zu beleuchten und zu klären, ob Additive Manufacturing dafür sinnvoll ist. Hier übernehmen wir also Beratungsfunktion.

Verlangt eine durchgehende Prozesskette, wie Sie sie schildern, nicht auch nach grundlegenderen Veränderungen im Unternehmensgefüge?

Ponweiser: Im Laufe eines solchen Prozesses stellt sich tatsächlich irgendwann die Frage, ob die Organisation noch die richtige ist. Sind etwa die getrennten „Abteilungen“ dafür passend, oder müssen die Menschen nicht viel stärker auf gleicher Datenbasis, mit den gleichen Tools und auf Augenhöhe zusammenarbeiten? Aber wie gesagt: Das passiert in den meisten Fällen step by step. Manchmal von oben nach unten, aber in den meisten Fällen bottom-up. Die anfängliche Faszination für diese Technologie kann letztlich also tatsächlich dazu führen, dass ein Unternehmen transformiert wird.

Entstehen nicht genau an den Schnittstellen zwischen den Abteilungen die meisten Probleme?

Ponweiser: Die sind tatsächlich eine der größten Hürden. Es funktioniert nur, wenn wirklich alle wollen. Die Umsetzung sollte in Schritten erfolgen, man muss ausprobieren, Erfahrungen sammeln. Und die Transformation darf nicht ausschließlich von unten nach oben diffundieren – denn dann trifft das Thema unweigerlich auf die unterschiedlichen Fraktionen, und es kann schnell schwierig werden.

Es braucht auch eine Vision von oben. Die kann man erreichen oder auch stehenbleiben, wenn genug erreicht ist. Letztlich gibt es ja kein definiertes Ende, das man erreichen könnte – Additive Manufacturing und die Prozesse, in die es eingegliedert ist, entwickeln sich ja permanent weiter.

Geben Sie mir ein Beispiel?

Ponweiser: Spannend ist etwa der automatisierte Rückfluss von Prozessdaten in die einzelnen Prozess-Schritte hinein. Hier sind wir noch lange nicht am Ende. Wir erfassen die Prozessdaten zwar bereits recht gut, vor allem unter Nutzung von Edge-Technologie. Aber was machen wir mit den gewonnenen Erkenntnissen? Und wie automatisiert können wir sie in die einzelnen Stellen unserer Prozesskette einfließen lassen? Hier entstehen gewaltige Datenmengen, und bei deren Interpretation wird Künstliche Intelligenz eine immer wichtigere Rolle spielen.

Das Fertigungs-Netz

Das Siemens Additive Manufacturing Network will global verteilte Fertigung erleichtern.

Wie bringt man Anwender, Ingenieure, Einkäufer und Lieferanten zusammen, die gemeinsam die Einführung von Additive Manufacturing in der Industrie beschleunigen wollen? Ende 2019 hat Siemens das Additive Manufacturing Network, das zuvor schon mit Kunden und Partnern in Funktion war, geöffnet: als Cloud-basierte Lösung zur Förderung der Zusammenarbeit und Prozessabwicklung. Das Netzwerk stellt einen durchgängigen digitalen Prozess bereit, der die Nachfrage nach Komponenten mit dem Lieferantennetzwerk verbindet. So wird eine global verteilte Fertigung ermöglicht.