Die Entwicklung der Additiven Fertigung: Wie die Automatisierung die Nachbearbeitungsstandards neu definiert

Robert Bush, CEO von Rivelin Robotics

Seit ihren Anfängen haben die Technologien zur additiven Fertigung von Metallen (AM) dank der beispiellosen Möglichkeiten, die diese Technologien für die Herstellung komplexer Metallteile und -komponenten bieten, viele Diskussionen und Debatten über die “Revolution” der Fertigung ausgelöst.

Unabhängig davon, welche Meinung man auf der Skala der Revolutionen vertritt – vom Evangelisten bis zum Zyniker – kann man kaum bestreiten, dass die AM-Technologien viele herkömmliche Fertigungsmethoden durch ihre Fähigkeit zu größerer Designfreiheit und bedarfsgerechter Produktion für eine Reihe von Anwendungen in so unterschiedlichen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Medizin und Energie beeinträchtigt haben.

Über die gesamte Prozesskette hinweg gab es Fortschritte bei der Verbesserung der Software für Design und Ausführung, der Metall-AM-Prozesse selbst und der Palette der Materialien für Produktionsanwendungen. Eine der größten Hürden für eine breitere Einführung von AM in der Produktion liegt jedoch nach wie vor in der Nachbearbeitungsphase. Jahrelang war dies das “schmutzige Geheimnis”, über das niemand wirklich viel sprach, während diejenigen, die mit der Durchführung beauftragt waren, sich oft darüber beklagten. Ich kann das ohne Zögern und mit Zuversicht sagen, denn ich war einer dieser Menschen.

Im Jahr 2024 ist die Nachbearbeitung von Metallteilen immer noch ein Engpass in der AM-Prozesskette, da es sich dabei häufig um eine manuelle, arbeitsintensive, schmutzige und manchmal riskante Aufgabe handelt. Außerdem und wegen all dem ist die manuelle Nachbearbeitung von Metallteilen letztlich anfällig für Inkonsistenzen.

Die damit verbundenen Herausforderungen

Der Begriff “Nachbearbeitung” hört sich harmlos an, ist aber eigentlich ein Oberbegriff für die verschiedenen Nachbearbeitungstechniken, die eingesetzt werden, um die gewünschten endgültigen Eigenschaften und die Ästhetik eines Metallteils zu erreichen, nachdem es hergestellt wurde. Diese können zahlreich sein und umfassen unter anderem Pulverentfernung, Trägerentfernung, Oberflächenveredelung, Wärmebehandlung und Qualitätskontrolle. Die Abhängigkeit von manueller Arbeit zur Durchführung dieser Vorgänge bringt einige offensichtliche Herausforderungen mit sich.

Fangen wir mit der Zeit an. Jeder, der noch nie an einer Werkbank gestanden hat, um die Stützen von einem komplexen Metallbauteil mit Kanälen, Löchern und Überhängen zu entfernen, mit Werkzeugen in behandschuhten Händen und einer Schutzbrille, kann mir sagen, dass das sehr lange dauert. Sogar Stunden. Nur für dieses eine Bauteil. Außerdem ist es anstrengend, unvorhersehbar und manchmal auch grausam.

Bedenken Sie, dass die Metall-AM-Prozesse selbst zwar weiterentwickelt wurden, um die Wiederholbarkeit der Teile zu gewährleisten, dass diese Vorteile jedoch in der Nachbearbeitungsphase verloren gehen können, wo es zu Unstimmigkeiten kommen kann. Das ist nicht wirklich überraschend, da manuelle Prozesse immer anfällig für menschliche Fehler sind, die sich in Schwankungen der Oberflächenqualität und der Maßgenauigkeit äußern können. Bei einer Charge von Teilen kann dies zu allgemeinen Unstimmigkeiten führen, die die Funktionalität und Zuverlässigkeit der Endprodukte für die vorgesehene Anwendung erheblich beeinträchtigen können.

Dann gibt es natürlich noch die Kosten, die mit der manuellen Arbeit verbunden sind. Und wir sprechen hier nicht von einfachen Kosten. Es handelt sich um Facharbeit, die qualifizierte Arbeitskräfte erfordert. Außerdem erreicht die Metall-AM einen Punkt in ihrer Entwicklung, an dem die Technologien selbst als skalierbar für höhere Stückzahlen angesehen werden. Dasselbe kann man nicht von manuellen Verfahren sagen, die das Gegenteil von skalierbar sind.

Und nicht zuletzt wirft die manuelle Nachbearbeitung für jeden ethisch denkenden Arbeitgeber eine Reihe von Sicherheitsbedenken auf. Es handelt sich um eine gefährliche Umgebung, die ernsthafte Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen erfordert.

Automatisierung kann die Nachbearbeitung neu definieren

Die Hersteller sind seit langem mit diesen Herausforderungen bei der Nachbearbeitung von Metallteilen konfrontiert und haben nur wenige Möglichkeiten, sie zu überwinden. Ohne alternative Lösungen bleibt die Fähigkeit, das volle Potenzial von Metall-AM-Prozessen für die skalierte Produktion zu erschließen, begrenzt. Ein Schlüssel für fortschrittliche Hersteller entsteht jetzt mit neuen Automatisierungstechnologien für die Nachbearbeitung. Die Nutzung verschiedener Automatisierungstechnologien – einschließlich Robotik, maschinellem Sehen und fortschrittlicher Softwareprogrammierung – zur präzisen und wiederholbaren Automatisierung verschiedener Schritte, die in den Arbeitsablauf der Nachbearbeitung von Metallteilen involviert sind, definiert die Fähigkeiten und Standards für diesen Teil der Metall-AM-Prozesskette neu.

Automatisierte Systeme führen die Aufgaben, für die sie programmiert sind, zweifellos mit größerer Präzision und Wiederholbarkeit aus als manuelle Methoden. Roboter, die mit fortschrittlicher Programmiersoftware kombiniert und mit Spezialwerkzeugen ausgestattet sind, können Pulver und Stützstrukturen entfernen und die Oberflächen auf das erforderliche Niveau bringen. Dies verbessert die Oberflächenqualität, gewährleistet engere Maßtoleranzen und sorgt für eine größere Konsistenz zwischen den einzelnen Chargen von Metallteilen. Darüber hinaus können Bildverarbeitungssysteme und Sensoren in die Roboter integriert werden, um Echtzeitprüfungen durchzuführen und sicherzustellen, dass die Teile bestimmte Qualitätskriterien erfüllen.

Automatisierte Nachbearbeitungslösungen können auch die mit der manuellen Arbeit verbundenen Kosten erheblich senken, insbesondere wenn es um Produktionsläufe mit höheren Stückzahlen geht. Darüber hinaus können solche Lösungen einen optimierten Materialeinsatz ermöglichen und so den Abfall minimieren, was zu weiteren Kosteneinsparungen beiträgt.

Die Automatisierung gefährlicher Aufgaben mit Hilfe von Robotersystemen kann die Sicherheit der Mitarbeiter in der Nachbearbeitungsumgebung erheblich verbessern. Das Risiko von Verletzungen und daraus resultierenden Ansprüchen entfällt, und natürlich sind automatisierte Lösungen von Natur aus skalierbar, was bei manueller Arbeit nicht der Fall ist. Diese Lösungen können leicht an größere Produktionsmengen angepasst werden, ohne dass die Qualität oder Konsistenz der Teile beeinträchtigt wird. So können Hersteller die Vorteile von AM für größere Projekte nutzen und den Engpass der manuellen Nachbearbeitung beseitigen.

Automatisierung für den guten Zweck

Das Streben nach betrieblicher Exzellenz im sich ständig weiterentwickelnden Bereich der Fertigung lässt sich durch die durchdachte Einführung von Automatisierungstechnologien erreichen. Speziell auf dem Gebiet der automatisierten Metallnachbearbeitung können die Netshape®-Roboter von Rivelin eine entscheidende Rolle spielen. Diese automatisierten Roboter stellen einen großen Schritt in Richtung der Effizienz und Präzision dar, die von den Anwendern von Metall-AM-Prozessen gefordert wird.

Die Netshape-Roboter von Rivelin ermöglichen das automatische Entfernen von Stützen, die Präzisionsbearbeitung und die Oberflächenveredelung. Dies ermöglicht die Rationalisierung von Nachbearbeitungsvorgängen und beseitigt den traditionellen Engpass sowie die Verbesserung – und Sicherung – der Qualität des Endprodukts.

Als wir Rivelin Robotics gründeten, war die Notwendigkeit – und schmerzliche Erfahrung – wirklich die Mutter der Erfindung. Die NetShape-Roboter stehen für die Anerkennung der Grenzen traditioneller Methoden und für das aufrichtige Engagement, diese Herausforderungen durch Innovation zu überwinden. Dieser Ansatz soll eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung und Innovation fördern und sicherstellen, dass AM sowohl wettbewerbsfähig als auch nachhaltig bleibt.

In dem Maße, wie sich die Anwendung von Rivelin’s Netshape®-Robotern innerhalb des Fertigungsökosystems ausweitet, beabsichtigen wir außerdem, ein breiteres Engagement für operative Exzellenz zu unterstreichen, das über reine Effizienzgewinne hinausgeht. Wir wollen ein tiefes Verständnis der symbiotischen Beziehung zwischen Technologie und menschlichem Fachwissen widerspiegeln, wobei die Automatisierung nicht dazu dient, die Fähigkeiten der Arbeitskräfte zu ersetzen, sondern zu ergänzen und zu verbessern. Diese Harmonisierung von menschlichem Einfallsreichtum und robotergestützter Präzision fördert ein Umfeld, in dem Kreativität und technische Exzellenz miteinander verschmelzen und nicht nur die betrieblichen Ziele vorantreiben, sondern auch zu einer sichereren, nachhaltigeren und verantwortungsvolleren Fertigungslandschaft beitragen.

In diesem Zusammenhang wird operative Exzellenz nicht nur durch die Optimierung von Prozessen erreicht, sondern durch einen ganzheitlichen Ansatz, der Nachhaltigkeit, Qualität und das Wohlergehen sowohl der Arbeitskräfte als auch der Gemeinschaft, der er dient, berücksichtigt. Auf diese Weise stellt die Einführung von automatisierten AM-Technologien, wie sie von Rivelin angeboten werden, einen durchdachten Schritt in Richtung einer Zukunft dar, in der die Fertigung durch ihre Anpassungsfähigkeit, Effizienz und ethische Verantwortung definiert wird.