Industrie steht nächster Generation der Fertigungsindustrie gegenüber

Der sich verschiebende Fokus industrieller Produktion von koventionellen Verfahren zur automatisierten Produktion bewirkt bei Unternehmen der Stahlindustrie einen Paradigmenwechsel. Auch Forschungsinstiute bereiten den Sprung in die nächste Generation der Fertigungstechnologien vor. Entsprechend gehört die additive Fertigung, von deren Einsatz sich Akteure der Industrie hohe Produktivität, Effizienz und Flexibilität erhoffen, aktuell zu den Themen der Stunde.

Autor: Niklas Reiprich

In der Fertigungsindustrie ist ein großer Wandel im Gange. Das Tempo dieser Entwicklung ist sowohl in der kontinuierlichen Digitalisierung von Produktionsprozessen zu spüren, als auch in der rasant steigenden Bedeutung additiver Herstellung im produzierenden Gewerbe. Immer stärker werden traditionelle Fertigungsverfahren durch die moderne Technologie ergänzt. Auch die Gießereiindustrie sowie die Stahl- und die Aluminiumbranche haben das Potenzial des 3D-Drucks erkannt – das bewiesen in diesem Jahr bereits das Messequartett um Gifa, Metec & Co in Düsseldorf mit Innovationen wie beispielsweise dem Gemeinschaftsprojekt „Industrialisation of Core Printing“ von Loramendi, Voxeljet und ASK Chemicals oder jüngst die EMO in Hannover mit eigenen Sonderausstellungen. Eine Umfrage des Vereins Deutscher Ingenieure bewies im Juni, dass über 70 Prozent der befragten Unternehmen die additive Fertigung in die Produktionsprozesse von Prototypen und Pilotserien integriert. An der Studie waren Ingenieure aus unterschiedlichen Branchen beteiligt, unter anderem aus dem Anlagen- und Fahrzeugbau.

Grundsätzlich rücken zunehmend jene Bauteile in den Fokus, an welche die Kunden der Stahlindustrie komplexe Ansprüche stellen. Darunter fallen etwa leichte und zugleich crashfeste Karosserieteile für die anspruchsvolle Automobilindustrie oder die Luft- und Raumfahrt. Zwar kommt die Technik der additiven Fertigung bislang insbesondere in der Prototypenherstellung sowie bei der Herstellung von Vorrichtungen und Werkzeugen für die Montage zum Einsatz. Allmählich ebnet sich der metallische 3D-Druck jedoch seinen Weg in die industriellen Serienprozesse, wie stahl und eisen anhand des Verbundprojekts IDAM in Ausgabe 7-8/2019 thematisierte. Im Rahmen der Kooperation zwischen kleinen und mittelständischen Unternehmen, Großunternehmen sowie Forschungseinrichtungen werden zukünftig mindestens 50 000 Bauteile pro Jahr in der Gleichteilfertigung anvisiert.

Netzwerk für industrielle Reife

Ziel des IDAM-Netzwerkes: die additive Fertigung nachhaltig in der Produktion automobiler Serienprozesse zu etablieren. Das Bild zeigt eine additive Gleichteilserienfertigung bei der BMW group. Quelle: BMW group

Das ambitionierte Ziel, die Industrialisierung additiver Prozessketten weiter voranzutreiben, verfolgt auch die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing (AG AM) des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA). Über 140 Unternehmen und Institute haben sich seit der Gründung 2014 angeschlossen, um der additiven Fertigung die Chance zu geben, sich in der Industrie zu bewähren. „Das Zusammenwirken von Akteuren aus allen Bereichen der Wertschöpfungskette macht die Stärke unserer offenen Arbeitsgemeinschaft aus“, unterstreicht Rainer Gebhardt, der im VDMA als Projektleiter für das Netzwerk verantwortlich ist. Die Entwicklungen der Arbeitsgemeinschaft sollen vor allem für die „nötige Reife der additiven Fertigung in industriellen Prozessen“ sorgen, erklärt Gebhardt weiter. Kürzlich wurde dahingehend eine „Roadmap Automatisierung“ entwickelt, die potenzielle Wege zur additiven Smart Factory aufzeigen soll. Zudem werden in einem „Arbeitskreis Druckgeräte“ Standards entwickelt, damit additiv gefertigte Armaturen, Ventile oder Rohrverteile zukünftig dem Geltungsbereich der europäischen Druckgeräterichtlinie entsprechen.

Potenzial für saubere Luftfahrt

Doch sind industrielle Prozesse aktuell nicht nur von technologischen Optimierungen geprägt: das Thema Nachhaltigkeit rückt zusehends auf die Tagesordnung der operativen Unternehmensaktivität. So stellt der Klimawandel beispielsweise für die Luftfahrt eine große Herausforderung dar. An entsprechenden Lösungen arbeiten derzeit das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und der Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen. Das Ziel: Design, Fertigung und Systemintegration bei Luftfahrzeugen mit einer angemessenen Mobilität und dem Umweltschutz zu vereinbaren. Hierfür entwickeln die Institutionen eine Prozesskette zur Herstellung von Triebwerkskomponenten, in die das additive Fertigungsverfahren „Laser Powder Bed Fusion“ (LPBF) integriert wird. Besonders die komplexen Schaufelprofile der sogenannten „Blade Integrated Disks“ (BLISK) sollen endkonturnah gefertigt werden, sodass nur wenig überschüssiges Material entfernt werden muss.

Durch additive Fertigung lassen sich die komplexen Schaufelprofile von Triebwerkskomponenten endkonturnah fertigen, sodass nur wenig überschüssiges Material entfernt werden muss. Quelle: Fraunhofer IPT

Dem Fraunhofer IPT zufolge beweisen additive Technologien in diesem Kontext viele Vorteile. Konkret erhöhe sich die Designfreiheit der komplexen Geometrien, wie sie in der Luftfahrt eingesetzt werden. Gleichzeitig werde weniger Material verbraucht, was die Umwelt schont und Kosten reduziert. Darüber hinaus ermögliche der Einsatz additiver Verfahren die wirtschaftliche Entwicklung und Fertigung auch kleinerer, komplexerer Kerntriebwerke mit verminderter Schadstoff- und Lärmemission.