Highscores im 3D-Druck

Der industrielle 3D-Druck gewinnt für das produzierende Gewerbe mehr und mehr an Bedeutung, sowohl für die Einzelteil- als auch für die Serienfertigung. Den daraus resultierenden Anforderungen begegnet die GEWO Feinmechanik GmbH mit ihrem neuesten 3D-Drucksystem für Hochleistungskunststoffe. Mit modernen Automatisierungslösungen bringt Bosch Rexroth seine Industrieerfahrung ein und ermöglicht die Anbindung der Technologie an die Automatisierungswelt in der Fertigung.

Wodurch wird der 3D-Druck von Kunststoffen industrietauglich? Diese Frage stellte sich GEWO vor der Entwicklung ihres neuesten Drucksystems für das FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication, Schichtaufbauverfahren). Das Unternehmen kann auf jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung komplizierter und aufwändiger Werkstücke für die Halbleiterindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizin und Forschung zurückgreifen, und das stets unter Erfüllung höchster Qualitätsanforderungen. Additive Fertigungsmaschinen stellen ein weiteres, zukunftsorientiertes Standbein des Unternehmens dar. Mit dem PERFORMER 260 feierte das neueste Produkt des Geschäftsbereiches GEWO 3D auf der letztjährigen formnext seine Premiere.

Die Vorzüge auf einen Blick

Die hohe Bauraumtemperatur von 260 °C bringt klare Vorteile hinsichtlich Verzug und Haftung des Druckmaterials. Das System ist damit bestens für die Additive Fertigung von Hochleistungskunststoffen geeignet (Abb. 2). Der Anwender kann das Material frei, ohne Herstellerbindung wählen. Außerdem ist der PERFORMER 260 für den Multimaterialdruck innerhalb eines Bauteils optimiert, zum Beispiel um elektrisch leitende Materialien mit nichtleitenden zu kombinieren.

Ein Alleinstellungsmerkmal ist das neue, zum Patent angemeldete, GEWO-Druckkopfwechselsystem für bis zu vier Druckköpfe. Sogar Fräsköpfe oder Spezialwerkzeuge können damit gehandhabt werden. Während ein Druckkopf arbeitet, wird der nächste auf dem Druckkopfparkplatz vorbereitet (Aufheizen, Spülen). Bei Materialwechsel, Änderung des Düsendurchmessers oder leerer Spule wird ähnlich einem Werkzeugwechsel an einem Bearbeitungszentrum in unter fünf Sekunden auf einen anderen Druckkopf gewechselt. Lästige Unterbrechungen bei Materialende gehören damit der Vergangenheit an.

Mit einer Bauraumgröße von 450 x 450 x 350 mm in Kombination mit der hohen Bauraumtemperatur gehört der PERFORMER 260 zu den größten FFF-Druckern seiner Leistungsklasse im Markt und deckt somit die meisten Kundenbedarfe ab. Für eine wirtschaftliche Fertigung spielt neben der Bauraumgröße die Druckgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle. Mit Beschleunigungen bis zu 6 m/s2 und Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 300 mm/s in Kombination mit einem Materialdurchsatz von 0,5 kg/h erreicht GEWO 3D eine Spitzenposition im Markt.

Um höchste Qualität und Reproduzierbarkeit des Bauprozesses zu erreichen, kommen neben präzisen mechanischen auch eine Reihe an elektronischen Komponenten sowie Softwarefunktionen zum Einsatz. 46 Sensoren überwachen permanent den Druckvorgang und die Filamente. Daneben verwendet GEWO hochdynamische Servomotoren sowie ein leistungsfähiges CNC-System.

MTX – Ein CNC-System erprobt im industriellen 3D-Druck

Mit dem offenen CNC-System MTX von Bosch Rexroth sorgt im PERFORMER 260 eine extrem leistungsfähige und in industriellen Anwendungen vielfach bewährte Steuerung für einen präzisen und zuverlässigen Druckprozess. Zum Einsatz kommen die neueste Steuerungshardware XM42 sowie umfangreiche Softwarefunktionen, wie sie sonst auch in hochautomatisierten Werkzeugmaschinen zu finden sind (Abb. 3). Das gewährleistet kürzeste Zykluszeiten und es steht ausreichend Rechenleistung für hochdynamische, koordinierte Bewegungen einschließlich der gesamten Prozessüberwachung und -optimierung zur Verfügung. Der dadurch mögliche, gleichmäßige Materialauftrag führt zu einer hohen Werkstückqualität und Oberflächengüte. Martin Stangl, verantwortlich für Marketing und Vertrieb bei GEWO 3D, erklärt dazu: „Mit der nahezu grenzenlosen Erweiterbarkeit und Anpassbarkeit der MTX, verbunden mit ihrer hervorragenden Rechenleistung lässt sich der PERFORMER 260 an fast alle zukünftigen Anforderungen problemlos adaptieren. Dadurch gewährleisten wir, dass unsere Kunden auch in einigen Jahren noch einen Drucker mit modernster Software und Sensorik besitzen.“

Anforderungen an die Mensch-Maschine-Schnittstelle unterscheiden sich in der Additiven Fertigung von denen klassischer Werkzeugmaschinen. Anwender erwarten übersichtliche, intuitiv nutzbare Bedienbildschirme, die sich auf die wesentlichen Informationen beschränken. Für deren Erstellung bietet die MTX die sogenannte Easy-HMI-Lösung. In Kombination mit Multitouch-Bildschirmen können Bedienkonzepte mit großflächigen, virtuellen Schaltflächen realisiert werden, die physische Bedienelemente überflüssig machen.
Durch den Einsatz der MTX gelingt GEWO 3D der Schritt in die IoT-Welt. Der in die Steuerung integrierte OPC UA Server erlaubt eine nahtlose Anbindung des 3D-Druckers an die Automatisierungswelt der Fertigung, zum Beispiel um Funktionen wie Auftragsmanagement, Performance-Monitoring oder Qualitätskontrolle zu realisieren.

Digitaler Zwilling für virtuelle Inbetriebnahme und Bearbeitungskontrolle

Neben leistungsfähiger Steuerungshardware und -software nutzt die MTX-Systemlösung das Engineering-Werkzeug IndraWorks, um den Anwender bei der Projektierung, Inbetriebnahme und Diagnose von Maschinen sowie den Vorabtest von Fertigungsprozessen zu unterstützen. IndraWorks stellt dafür eine virtuelle MTX zur Verfügung, die über den identischen Software- und Funktionsumfang verfügt wie die reale Steuerung. In Verbindung mit der Rexroth-Lösung Virtual Machine Simulation kann ein Digitaler Zwilling einer Maschine aufgebaut werden.
Die so entstehende 3D-Simulationslösung besitzt die gleiche Bedienoberfläche wie die reale Maschine und ermöglicht es, den Fertigungsprozess virtuell zu testen und zu bewerten (Abb. 4). Neben der Abbildung des Bewegungsverhaltens werden der Materialauftrag oder -abtrag visualisiert und der Ablauf auf Kollision überwacht. In der Additiven Fertigung sind langlaufende Bearbeitungsprogramme die Regel. Hier ermöglicht der Digitale Zwilling der MTX eine deutliche Beschleunigung der Simulationsgeschwindigkeit. Über mehrere Stunden laufende Druckprogramme können so in wenigen Minuten simuliert werden – und das bei identischem Systemverhalten.

GEWO 3D und Bosch Rexroth – Eine starke Kombination für Additive Manufacturing

Mit dem PERFORMER 260 zeigt GEWO 3D, dass ein 3D-Drucker bereits heute den hohen Maßstäben der industriellen Fertigung gerecht werden kann. Durch die Verwendung leistungsfähiger Komponenten und innovativer Funktionen gelingt es GEWO 3D in vielen Produktmerkmalen Benchmarks in der Additiven Fertigung zu setzen. Dazu tragen unter anderem die Automatisierungskomponenten von Bosch Rexroth bei. Auch Peter Berens, Leiter Business Development CNC Systems und verantwortlich für das Marktsegment Additive Manufacturing, ist zufrieden: „Gemeinsam mit unserem Kunden GEWO 3D konnten wir erneut unter Beweis stellen, dass unsere Lösungen der Hebel sind, um den 3D-Druck in das industrielle Umfeld zu integrieren und Qualität, Reproduzierbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.“