3D-Druck: Metallteile gehen in Serie

„Die Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing (AM) für automobile Serienprozesse ist gelungen.“ So lautet das Credo der zwölf Projektpartner um das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Vor drei Jahren startete das Konsortium aus KMU, Großunternehmen und Forschungsinstitutionen das Projekt IDAM (Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing) mit dem gemeinsamen Ziel, den metallischen 3D-Druck im Bereich der automobilen Serienproduktion zu revolutionieren.

3D-Druck-Fertigungslinie an zwei Standorten

Gleich an zwei Standorten wurde jeweils eine digital vernetzte, vollautomatisierte 3D-Druck-Fertigungslinie aufgebaut und für die automobile Serienproduktion vorbereitet. Ab sofort können an den Standorten der BMW Group in München sowie bei GKN Powder Metallurgy in Bonn pro Jahr mindestens 50.000 Bauteile in der Gleichteilefertigung beziehungsweise mehr als 10.000 Individual- und Ersatzteile mittels 3D-Druck via Laser Powder Bed Fusion Verfahren (LPBF) kosteneffizient gefertigt werden. Durch die modulare Auslegung des Blueprints dieser Linie kann die Jahresstückzahl beliebig weiter skaliert werden.

Nach dem Start 2019 transferieren heute fahrerlose Transportsysteme (FTS) vollautomatisch die mobilen Baukammern der 3D-Drucker zwischen den Modulen der IDAM-Fertigungslinien. In der zentralen Steuerungseinheit laufen alle Daten der einzelnen Linien-Module zusammen. Durch den digitalen Zwilling werden zu jedem Zeitpunkt alle relevanten Fertigungsdaten überwacht – für ein Höchstmaß an Produktivität und Qualität.

Automatische Generierung von 3D-Druck-Baudaten

Neuartige Konzepte zur automatischen Generierung der 3D-Druck-Baudaten wurden entwickelt. Vollautomatisierte Module transportieren das verarbeitete Metallpulver und bereiten es auf. Zusätzlich erfolgt die automatische Nachbearbeitung der gefertigten Bauteile in eigens konzipierten Stationen. Entlang dieser Linien wurden umfassende Maßnahmen zur Qualitätssicherung implementiert. Zum Beispiel erfolgt beim Laserschmelzprozess mittels Sensorik die Überwachung und eine Qualitätssicherung der Fertigteile.

Die Implementierung der Linien erforderte interdisziplinäre Expertise. Mit ihr konnten Digitalisierung, Automatisierung – im Maschinen- und Anlagenbau – in der Bauteilauslegung sowie im Bereich des metallischen 3D-Drucks realisiert werden. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen unterstützte das Vorhaben durch seine langjährige Erfahrung im Bereich der Additiven Fertigungstechnologien. Den Projektpartnern war schnell klar, dass Lösungen „von der Stange“ den ambitionierten Projektzielen und den damit einhergehenden Produktivitäts- und Qualitätsansprüchen der Automobilindustrie nicht genügen. So musste ein Großteil der Module auf digitaler und physischer Ebene gänzlich neu entwickelt werden. Zudem ist ein erfolgreicher Betrieb der IDAM-Linien nur durch die enge Vernetzung der einzelnen Module möglich.

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