Generative und herkömmliche Fertigungsverfahren punkten im Team

„Losgröße Eins in der Großserienproduktion"

Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik, Arburg Bilder: Arburg
Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik, Arburg Bilder: Arburg
Mit dem Freeformer lassen sich sehr kleine Losgrößen bis hin zur Losgröße 1 wirtschaftlich fertigen und auch im Spritzgießverfahren hergestellte Massenteile zu kundenspezifischen Einzelteilen individualisieren
Mit dem Freeformer lassen sich sehr kleine Losgrößen bis hin zur Losgröße 1 wirtschaftlich fertigen und auch im Spritzgießverfahren hergestellte Massenteile zu kundenspezifischen Einzelteilen individualisieren
Mit dem Freeformer für das Kunststoff-Freiformen bietet Arburg nicht nur eine Produktionsmaschine für die additive Fertigung, sondern gleichzeitig auch die Chance, individualisierte Produkte in der Kombination mit dem klassischen Spritzgießen kosteneffizient zu fertigen. Mit Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg, sprachen wir über die damit verbundenen Chancen im Rahmen von Industrie-4.0-Konzepten.

develop3: Herr Gaub, steckt hinter Industrie 4.0 vor allem die Möglichkeit, kleine Losgrößen bis hinab zum Einzelteil unter Beibehaltung der ökonomischen Vorteile der Großserie zu fertigen?

Gaub: Für mich behandelt Industrie 4.0 im Wesentlichen die informationstechnische Vernetzung von Maschinen, Werkzeugen, Werkstücken und logistischer Peripherie. Den Trend hin zu einer immer größeren Variantenvielfalt und damit geringeren Stückzahlen pro gefertigter Losgröße kennen wir dagegen schon relativ lange – und wenn man das konsequent zu Ende denkt, steht am Ende das Einzelteil. Die spannende Frage ist nun, mit welcher Maschinentechnik sich sehr kleine Losgrößen bis hin zur Losgröße Eins fertigen lassen und wie sich das Ganze automatisieren lässt, ohne angesichts der zunehmenden Individualität auf Produktivität zu verzichten.

develop3: Ohne Zweifel spielt deswegen mit Blick auf kleine Losgrößen die additive Fertigung (Additive Manufacturing – AM) mittels Kunststoff-Freiformen eine entscheidende Rolle. Was zeichnet Arburgs Freeformer-Maschinen aus?

Gaub: Sie ermöglichen es, kleine Losgrößen – beispielsweise auch 500 oder 800 Teile pro Jahr – wirtschaftlich herstellen zu können. Der entscheidende Punkt dabei ist, dass man mittels additiver Fertigung auf die Herstellung eines komplexen Werkzeugs verzichten kann – denn das kostenintensive Werkzeug für das klassische Spritzgießen ist der limitierende Faktor, ganz abgesehen von Fragen zu Bauteiländerungen oder der Ersatzteilversorgung. Unsere Ingenieure haben deshalb ein Schichtbauverfahren entwickelt, das sich im Gegensatz zu anderen Verfahren möglichst nah am Spritzgießen orientiert. Der Vorteil für den Anwender: Er kann dieselben Materialien wie beim Spritzgießen verwenden und erhält damit technische Funktionsteile in Kleinserie – und nicht nur Prototyping-Teile.

develop3: Wo lag die Herausforderung in der Entwicklung und könnte man bei Ihrem Verfahren auch von 3D-Druck sprechen?

Gaub: Wir sprechen ungern von 3D-Drucken, da hierbei üblicherweise keine Ingenieurwerkstoffe zum Einsatz kommen und damit eben keine Funktionsteile gebaut werden können. Besser ist deswegen additive Fertigung, die über das Prototyping hinausgeht. Zudem nutzen wir beim Freiformen unser Know-how des Spritzgießens, insbesondere bezüglich der Plastifizierung. Die Kunst ist dann, einen immer exakt gleich dimensionierten Tropfen zu erzeugen – nur auf diese Weise lassen sich Schicht für Schicht geometrisch exakte Bauteile erzeugen. Die hierfür erforderliche hohe Prozessstabilität zu erreichen, darin lag die Herausforderung für unsere Ingenieure.

develop3: Entscheidend ist auch die Aufbereitung der CAD-Bauteildaten, um den Prozess zu steuern...

Gaub: ...was ein wesentlicher Teil unserer Entwicklung war. Ausgangsbasis für das Freiformen sind Volumenmodelle aus dem CAD im STL-Format. Um das Modell rechnerisch in Scheiben zu schneiden, kommt die von uns entwickelte Software Build Processor zum Einsatz, die darüber hinaus auch ermittelt, an welcher Stelle Stützstrukturen erforderlich sind und diese am PC visualisiert. Im Anschluss wird daraus das NC-Programm generiert, denn ein Freeformer ist letzten Endes ja eine Multi-Achs-CNC-Maschine. In dem ganzen Softwarepaket – sinngemäß einem CAM-System für das Kunststoff-Freiformen – steckt natürlich eine ganze Menge spezifisches Prozess-Know-how.

develop3: Wie vernetzen Sie anschließend – unter anderem mit Blick auf Industrie 4.0 – die Fertigung?

Gaub: Hier greifen wir natürlich auf unsere Erfahrungen mit unseren Selogica-Steuerungen und unserem Leitrechnersystem ALS zurück – damit beschäftigen wir uns ja quasi schon seit CIM-Zeiten vor rund 30 Jahren. Mit der Leitrechnertechnik – heute spricht man auch von Manufacturing Execution System – sind wir in der Lage, einzelne Maschinen und Anlagenteile informationstechnisch zu vernetzen, um eine entsprechende Überwachung und Steuerung zu ermöglichen. Der Vorteil ist, dass wir ohne die Installation zusätzlicher Bedienpanels über die vorhandene Maschinensteuerung sehr tiefgehend Prozessparameter abgreifen können – ohne dass der Maschinenbediener dazu Eingaben tätigen muss. Hinsichtlich Industrie 4.0 gehen wir hier noch einen Schritt weiter – und machen die Werkstücke selbst zum Datenträger!

develop3: Könnten Sie das im Detail erläutern?

Gaub: Anschaulich gezeigt haben wir das auf der Hannover Messe 2015 im Rahmen der ‚Additive Manufacturing Plaza‘ – genauso gut hätte man dabei auch von ‚Industrie 4.0 Plaza‘ sprechen können. Start der Produktionskette für die beispielhaft gewählte Lichtschalter-Wippe war ein CAD-Arbeitsplatz, an dem der Produktentwickler das 3D-CAD-Modell erzeugt, und ein Freeformer, um Prototypen schnell herzustellen. Es folgte eine PC-Station, an der die einzelnen Aufträge erfasst wurden und der Besucher seine persönliche Symbol-Namens-Kombination auswählte. Anschließend wurde der Grundkörper per Spritzgießen erzeugt, mittels Freeformer individualisiert und dann verpackt. Direkt nach dem Spritzgießen wurde zudem ein Data-Matrix-Code aufgelasert – und in dem Moment wurde die einzelne Lichtschalter-Wippe auch ein Datenträger. Denn das ALS weist ihm entsprechend dem ‚Internet der Dinge‘ eine eigene Website zu, die unter anderem mit Daten aus der Produktion gefüllt wird. Scanne ich nun den Code, kann ich einerseits alle relevanten Produkt-, Prozess- und Qualitätsdaten abgreifen und andererseits die Maschine das Werkstück identifizieren – und darüber Informationen zum folgenden Fertigungsschritt erhalten! Vergleichen lässt sich das mit einem Werkzeugwechsel bei spanenden Maschinen, bei dem über den im Werkzeug integrierten Chip unter anderem sämtliche Werkzeugkorrekturdaten eingelesen werden. Indem wir nun aber das Werkstück zum Datenträger machen, können wir dieses Prinzip bis hinein in die Qualitätssicherung oder umgekehrt bis hinauf zur Produktentwicklung nutzen. Das große Plus ist, dass ich eben keinen Chip oder RFID-Tag benötige, sondern nur den sehr kostengünstigen und vor allem dauerhaften aufgelaserten Data-Matrix-Code. Die Datenspeicherung erfolgt in der ‚Cloud‘, was auch den Zugriff rund um die Welt ermöglicht.

develop3: Lässt sich so auch das Thema Rückverfolgbarkeit adressieren?

Gaub: Exakt. Jedes identifizierbare Teil – denken Sie etwa an sicherheitsrelevante Teile im Automobilbau oder in der Medizintechnik – lässt sich damit jederzeit rückverfolgen und seine Produktion auch nach Jahren noch nachvollziehen. Und auch für Arburg selbst steckt hier eine ganze Menge Potenzial, weil wir ein viel tiefergehendes Wissen über unsere eigene Fertigung in Loßburg erhalten können, womit Prozesssicherheit und Transparenz steigen. Aufgrund der vielen kundenspezifischen Teile, die durch unser Werk laufen, ist es beispielsweise sehr wichtig, dass Sonderteile – die sich manchmal kaum unterscheiden – in der richtigen Maschine verbaut werden. Diese Art der Nachverfolgung legt zudem die Grundlage für ein sehr effizientes, ressourcenschonendes Just-in-time-Fertigen. Eine Vision ist etwa, dass unser Hochregallager eines Tages keine Einzelteile und Komponenten mehr für die Produktion, sondern ausschließlich Ersatzteile aufnimmt, auch wenn sich das natürlich nie vollständig umsetzen lassen wird. Übrigens: Nicht zuletzt sind wir eines der vier Pilotunternehmen, die im ‚Leitfaden Industrie 4.0‘ des VDMA genannt werden, der als Orientierungshilfe zur Einführung von Industrie 4.0 im Mittelstand dient. Das zeigt, wie weit wir bei der informationstechnischen Vernetzung unserer Fertigung und bei der Umsetzung von Industrie 4.0 schon sind.

develop3: Werden Sie diese informationstechnische Vernetzung per ALS sowie das Thema Additive Manufacturing/Industrie 4.0 auf der Messe Fakuma im Oktober in Friedrichshafen zeigen?

Gaub: Alle Maschinen, die bei uns auf dem Messestand stehen, sind ja per ALS vernetzt – wir nutzen also unsere Präsentation auch als ALS-Demonstrator. Und da ALS und die additive Fertigung mittels Freiformen gut zu der fertigungstechnischen Umsetzung von Industrie 4.0 passen, werden wir das natürlich in Friedrichshafen zeigen. Uns geht es dabei vor allem um das Individualisieren – weil ich davon überzeugt bin, dass die Individualisierung von Massenteilen zu kundenspezifischen Einzelteilen immer wichtiger wird. Das gilt für Designelemente wie etwa die erwähnte Lichtschalter-Wippe genauso wie für medizinische Produkte. Gelingt es, ein Basisteil in hoher Stückzahl kostengünstig per Spritzgießen zu fertigen, das dann per Freiformen kundenspezifisch angepasst wird, kommen wir effizient und kostengünstig von der Großserie zum Einzelteil. Darüber hinaus zeigen wir auf der Fakuma natürlich auch, wie sich mittels Freiformen komplexe Strukturen erstellen lassen und Werkstoffe zum Einsatz kommen können, die sonst nicht üblich sind. Auch das Thema Leichtbau decken wir ab, sei es um Material zu sparen oder um bei gleichen mechanischen Kennwerten Gewicht zu sparen. Dazu können wir Fasern einbringen, um größere Festigkeiten zu erzielen oder expandierende Materialien einsetzen – es wird auf alle Fälle spannend.

develop3: Herr Gaub, vielen Dank für die interessanten Infos und wir freuen uns auf Ihren Vortrag anlässlich des ENGINEERING CAMPUS.

Interview: Michael Corban, Chefredakteur develop3 systems engineering

Hinweis

KEYNOTE ENGINEERING CAMPUS:

Heinz Gaub stellt die Möglichkeiten der Vernetzung und Individualisierung in der Keynote ‚Von der Großserie zum Einzelteil – unter Einbezug von Industrie 4.0‘ vor.

22. September 2015, 11:20 bis 11:55 Uhr

Arburg GmbH + Co KG

Loßburg

Tel. +49 7446 / 33 - 0

www.arburg.com

Details zu Industrie 4.0 und Kunststoff-Freiformen:

http://t1p.de/6p8m

20.08.2015


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe