Fertigung : 3D Druck: Kennzahlen für additive Großserienfertigung

Das Projekt AutoAdd hatte das Ziel, innerhalb von drei Jahren den Einsatz der additiven Fertigung in der Automobilindustrie zu erleichtern. Jetzt ziehen Daimler, BMW, Trumpf und Co. eine Bilanz. Im Mittelpunkt stand dabei die ganzheitliche Integration der LPBF (Laser Power Bed Fusion)-Prozesskette in die automobile Serienfertigungsumgebung zur Schaffung einer hybriden Prozesskette, um die Stückkosten zu senken. Das LPBF-Verfahren ist auch als als Selective Laser Melting (SLM) bekannt.

BMW und Daimler definierten die Anforderungen an die additive Prozesskette, mit deren Hilfe Trumpf und das Fraunhofer ILT verschiedene LPBF-Anlagen- sowie Endbearbeitungskonzepte entwickelten. Dabei entstanden potenziell serientaugliche Optikkonzepte sowie eine modulare Anlagenarchitektur, die beispielsweise den Einsatz mehrerer Strahlquellen und ein sogenanntes Wechselzylinderprinzip ermöglicht. Zudem entwickelte das Projektteam vielversprechende, automatisierbare Endbearbeitungskonzepte zur Nachbearbeitung der Bauteile, etwa zum Entfernen von Stützstrukturen, und analysierte neuartige skalierbar produzierte Werkstoffe von GKN. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) bewertete schließlich die neuen Fabrikkonzepte: In einem Simulationsmodell bildeten die Ingenieure des Wbk Instituts für Produktionstechnik eine exemplarische, konventionelle Prozesskette ab, an der sie verschiedene mögliche LPBF-Anlagenkonzepte ausgestalten konnten. Durch Methoden wie zum Beispiel Kosten- oder Benchmark-Analysen konnten sie die neuen Ansätze unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten mit bisherigen Ansätzen vergleichen.

Additive Großserienfertigung möglich

Die Ergebnisse des dreijährigen Verbundprojekts können sich laut den Wissenschaftlern sehen lassen: Durch den Einsatz von modularen Wechselzylindern sowie der Anwendung von nass-chemischen Tauchbädern zum batchweisen Entstützen der Bauteile im Nachbearbeitungsschritt können die Gesamtprozesskette automatisiert und Nebenzeiten eingespart werden. Dadurch lässt sich die Gesamtwirtschaftlichkeit steigern. Das AutoAdd-Projektteam hat darüber hinaus allgemeingültige Kennzahlen zur Bewertung von LPBF-Fertigungsanlagen entwickelt und diese für die gängigsten Anlagenhersteller im Rahmen eines groß angelegten Benchmarkings ermittelt. Es lassen sich nun, abgeleitet aus standardisierten Benchmarkjobs mit verschiedenen Prüfkörpern, übertragbare Kennzahlen berechnen, mit denen Anwender künftig das für ihre Zwecke wirtschaftlichste System finden können. Darüber hinaus gelang ein grundlegender Schritt: Einer der wichtigsten Punkte auf dem Weg zum Serieneinsatz der additiven Fertigungstechnologie - die Reproduzierbarkeit der mechanischen Eigenschaften - konnte im Rahmen des Projektes an mehreren State of the Art-Anlagen nachgewiesen und bewertet werden. Die Integration einer wirtschaftlichen additiven Prozesskette in die automobile Großserienfertigung gilt nach Projektende als möglich.