TCT Germany 3.3 by TCT Magazine

MAG TCT DEUTSCH BAND 3 AUSGABE 3

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DIE 3D-PRODUKTION IST HIER 3D SYSTEMS ÜBER SEIN INNOVATIVES FIGURE 4 MODULAR SYSTEM

LUFT- UND RAUMFAHRT Flugzeuge, Raketen und Weltraumroboter

HILFSMITTEL & VORRICHTUNGEN Die perfekte Anwendung für den 3D-Druck

FORMNEXT Konferenzhighlights im 1. Teil der Formnext-Preview

Editorial

ANPASSUNGSPOTENZIAL, FLIEGENDER 3D-DRUCK UND NEUE TECHNOLOGIE

ines der größten Eigenstellungsmerkmale des 3D-Drucks ist die Möglichkeit zur individuellen Anpassung jedes gedruckten Objekts. Dies ist natürlich in medizinischen Anwendungen nützlich – etwa bei Prothesen oder Implantaten, die dann besser passen, oder bei Modellen zur Veranschaulichung einer Operation, die Chirurgen beim Planen helfen oder die Nerven der Patienten beruhigen, da die Details des Eingriffs besser erklärt werden können. Vielleicht fallen Ihnen beim Stichwort „Individualisierung“ eher ästhetische Variationen ein? Einige Automobilhersteller drucken inzwischen auf Anfrage individualisierte Teile, bei BMW im Mini Cooper etwa für die Einfassung der Seitenblinker oder das Armaturenbrett, die dann stolz den Namen des Besitzers oder ein anderes Lieblingsdesign integrieren. Was kann man mit Anpassung und Individualisierung noch machen? Als ich mir im Juni bei der Rapid.Tech + FabCon 3.D neue Technologien anschaute, fragte ich jedes Mal nach den geeignetsten Anwendungen für die Maschinen. Als häufigste Antwort hörte ich: Fertigungshilfsmittel und Vorrichtungen. Denn auch hier wird angepasst. Nicht auf den Körper eines Patienten oder die Vorlieben eines Verbrauchers, sondern auf die Form eines Produkt(teil)s, das in einem bestimmten Arbeitsschritt festgehalten werden muss, oder auf den Komfort des Arbeiters, der mit den Vorrichtungen umgeht. Hier steckt also eine wirklich nützliche Anpassung, denn durch die flexiblere Fertigungsweise beruhen die Entwürfe für solche Teile nicht mehr nur darauf, was mit traditionellen Fertigungsmethoden möglich ist. Weitere Gründe für die Nutzung des 3D-Drucks für Hilfsmittel, Vorrichtungen und Halterungen finden Sie in unserem Stratasys-Gastbeitrag auf Seite 19 sowie

im Artikel von Elisabeth Skoda, die sich die Welt der 3D-gedruckten Vorrichtungen und Halterungen angeschaut hat. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Ausgabe ist das Thema Luft- und Raumfahrt, bei der sich durch additive Fertigung Treibstoff und Geld einsparen lassen, und Liefer- sowie Reparaturzeiten durch clevere Lösungen verkürzt werden. Bei der immer weiter ansteigenden Zahl von Flugpassagieren ist die Luftfahrtindustrie definitiv im Auge zu behalten, aber auch in die Raumfahrt wurden in den letzten Jahren große Investitionen getätigt, und pünktlich zum 50. Jubiläum der ersten Mondlandung blüht dieser Sektor wieder auf. Einer unserer Artikel widmet sich in diesem Themenbereich einem Proof of Concept, bei dem ein kaputtes Kabinenteil während des Flugs gemeldet wurde und bei der Landung am Zielflughafen das Ersatzteil aus dem 3D-Drucker vorhanden war. Zudem schauen wir uns eine verbesserte Methode für Tragflächenreparatur an. Und dann gibt es noch das SpaceBok-Projekt zur Entwicklung eines Laufroboters, der in Sachen Weltraumerkundung dorthin vordringen soll, wo sich Rover-Fahrzeuge noch schwertun. Wie Sie bestimmt wissen, steht im November die Formnext an – und damit auch unsere TCT Conference @ Formnext. Einige Highlights des vielfältigen viertägigen Programms haben wir auf den Seiten 24-26 hervorgehoben. Außerdem haben wir noch einen Überblick über im letzten Jahr neu erschienene 3D-Technologie, und in unserer Titelstory stellt 3D Systems das Figure 4 Modular System vor.

SANDRA TSCHACKERT REDAKTIONSASSISTENTIN

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BAND 3 AUSGABE 3 ISSN 1751-0333

REDAKTIONSTEAM CHEFREDAKTEUR

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Laura Griffiths e: laura.griffiths@rapidnews.com t: +44 1244 952 389 REDAKTIONSASSISTENT

Samuel Davies e: samuel.davies@rapidnews.com t: +44 1244 952 390 REDAKTIONSASSISTENTIN - TCT DEUTSCH MAGAZIN

Sandra Tschackert e: sandra.tschackert@rapidnews.com t: +44 1244 952 381

WERBUNG MEDIENLEITUNG

Carol Hardy e: carol@rapidnews.com t: +44 1244 952 386 WERBELEITUNG

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Gareth Jones e: gareth.jones@rapidnews.com t: +44 1244 952 360

PRODUKTION

Sam Hamlyn Matt Clarke Gareth Harrey Rob Czerwinski

MANAGEMENT C.E.O.

Duncan Wood VP INHALT, STRATEGIE UND KOOPERATIONEN

James Woodcock e: james@rapidnews.com t: +44 1244 952 391

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BAND 3 | Ausgabe 3

TITELSTORY 6. DIE 3DPRODUKTION IST HIER

NEUE TECHNOLOGIE

21. TECHNOLOGIENEUZUGÄNGE 2018/19

Ein Überblick über im letzten Jahr erschienene additive Fertigungstechnologie.

3D Systems stellt seine modulare Druckfabrik vor, mit der das Skalieren der Produktion einfach gemacht wird.

LUFT- UND RAUMFAHRT 9. MOOG UND DER ANSCHLUSSFLUG ZUR VERTEILTEN FERTIGUNG

Wie schnell nach der Anfrage kann ein Ersatzteil gefertigt werden? Laura Griffiths über einen beeindruckenden Proof of Concept.

11. REPARATUR IM ANFLUG

Stellvertretende Chefredakteurin Laura Griffiths berichtet über verbesserte Tragflächenreparatur durch 3D-Druck.

12. SPACEBOK, DER SPRINGENDE WELTRAUMROBOTER

Sandra Tschackert über den Laufroboter, der den Rover-Fahrzeugen Konkurrenz machen soll.

14. RAUM UND ZEIT: 3D-DRUCK IM NEUEN WELTRAUMZEITALTER

Sam Davies über emporkommende Weltraumunternehmen und das Wiederaufleben der Raketentechnologie.

HILFSMITTEL UND VORRICHTUNGEN 16. KLEIN, ABER FEIN

FORMNEXT

Elisabeth Skoda von Packaging Europe schreibt über Vorrichtungen und Halterungen – eine Lieblingsanwendung des 3D-Drucks.

19. GRÜNDE FÜR DIE NUTZUNG DES 3D-DRUCKS BEI HILFSMITTELN UND VORRICHTUNGEN Stratasys trägt die besten Gründe für die additive Fertigung von Hilfsmitteln und Vorrichtungen zusammen.

24. TCT CONFERENCE @ FORMNEXT – DIE KONFERENZHIGHLIGHTS

Im ersten Teil der FormnextPreview schauen wir uns einige vielversprechende Vorträge der TCT-Konferenz an.

DIE 3D-PRODUKTION IST HIER text: 3D Systems

UNKOMPLIZIERTE SKALIERBARKEIT IN DER ADDITIVEN FERTIGUNG

e mehr sich ein neues Produktdesign an die Serienfertigung annähert, desto deutlicher stellt sich eine skalierbare Produktion als Schlüsselfokus für die beteiligten Ingenieurteams heraus. Wenn die Fertigungsstraße ihre Kapazität fast erreicht hat, dreht sich das Hauptaugenmerk des Managements um das Skalieren der Kapazität bei minimalem Kapitalaufwand und maximaler Ausnutzung existierender Arbeitskräfte. Zudem werden neue, innovative Materialien gebraucht, um das Schaffen neuer Produktions-Workflows und -Anwendungen zu ermöglichen. Mit der Industrialisierung der additiven Fertigung nimmt diese neue Rollen in der Fertigungshalle ein, die weit über ihre ursprüngliche Aufgabe – das Prototyping – hinausgehen. Die Technologie erfüllt zahlreiche Herstellerbedürfnisse, indem sie die sofortige Produktion einer Reihe von Bauteilen ermöglicht. Zudem ist sie perfekt für Produktion auch ohne Anwesenheit von Arbeitern und erlaubt das schnelle Skalieren bei der Herstellung neuer Produkte, ohne die mit der Werkzeugbestückung verbundenen Zeitspannen und Kosten. Trotz dieser Vorteile muss die additive Fertigung aber auch noch die Herstellerstandards für Wiederholbarkeit, Verlässlichkeit, Genauigkeit, Materialeigenschaften, Oberflächenfinish und Skalierbarkeit der Produktionskapazität erfüllen. Die Entwicklung der Figure 4 3D-Druckplattform durch 3D Systems war die Antwort auf fünf dieser sechs kritischen Bedürfnisse, und das seit Kurzem verfügbare neue Figure 4 Modular System erfüllt alle sechs dieser Bedürfnisse. Beginnend mit nur einem oder zwei Modulen, die mit einem einzelnen Controller verbunden sind, macht der Figure 4 Modular es

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möglich, die Kapazität rapide zu skalieren, indem nachträglich bis zu 24 Druckmodule hinzugefügt werden können. Nun ist es möglich, sowohl die Produktion neuer Bauteile als auch die Kapazität mit sofortiger Wirkung zu vergrößern. Jedes zusätzliche Druckermodul des Figure 4-Systems liefert die Fähigkeit, eine größere Vielfalt von Teilen zeitgleich zu produzieren, wobei verschiedene für das Figure 4 Modular System entwickelte Materialien genutzt werden, einschließlich solcher mit Eigenschaften, die denen von ABS, Polypropylen, oder Elastomer ähneln. Diese hoch robusten Materialien sind für eine diverse Reihe von Anwendungen geeignet, darunter Prototyping, Produktionsbauteile und Urmodelle für Urethanund Feinguss. SCHNELLER ZUM TEIL BEI HOHER QUALITÄT UND BENUTZERFREUNDLICHKEIT Der Figure 4 Modular 3D-Drucker druckt mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 mm pro Stunde. Bei einer solchen Druckgeschwindigkeit wird geschätzt, dass der Figure 4

Titelstory

Modular pro Monat 10.000 Kunststoffteile produzieren kann, was ihn zur Option für sofortige Produktion und sofortige Skalierung macht, wenn die Nachfrage für Bauteile zeitweise ansteigt. Midwest Prototyping, ein in Blue Mounds, Wisconsin ansässiger AM-Dienstleister, nutzt ein Figure 4 Modular System und spürte sofortige positive Auswirkungen. Laut Steve Grundahl, Präsident und Gründer des Unternehmens, brachten die Geschwindigkeit und Qualität des Systems einen bedeutenden Mehrwert für die Firma: „Wir sind von der Auflösung und dem Detailierungsgrad, den wir mit dem Figure 4 schaffen können, sehr beeindruckt. Die Geschwindigkeit ist viel höher, als das, was wir von herkömmlicher (additiver) Technologie gewohnt sind. Sehr schnell drucken zu können und dann einen relativ kurzen Nachhärteprozess zu haben [ermöglicht es], etwas zu drucken und dann zu versenden, oder zu drucken und dann auszuliefern, und das am selben Tag.“ Der globale Sportartikelhersteller Decathlon beschreibt die Geschwindigkeit des Figure 4 Modular ebenfalls als beeindruckend und als eine Verbesserung seiner Fähigkeiten. „Indem wir den Figure 4 Modular in unseren Design- und Entwicklungszyklus integrieren, haben wir das Potenzial für viel größere Produktivität und eine größere Vielfalt an Materialoptionen“, so Julien Guillen, AM Leader, Decathlon. In einem Vergleich zwischen seiner bestehenden Desktop-SLALösung und dem Figure 4 Modular konnte Decathlon die gleiche Anzahl an spannbaren Teststücken 19-mal schneller erzielen. Was mit dem bisherigen System 29 Stunden dauerte, konnte mit Figure 4 Modular-Systemen in nur 90 Minuten produziert werden. „Mit Funktionen wie automatisierter Materialspeisung und Auftragsverwaltung konnten wir die Produktivität erhöhen und Arbeitskosten verringern“, fügt Guillen hinzu. SPRITZGUSS-QUALITÄT DURCH ADDITIVE FERTIGUNG Die Figure 4-Plattformen von 3D Systems werden zusammen mit 3D Sprint geliefert, einer Allzweck-AM-Software. Die Kombination aus diesen zwei Werkzeugen ermöglicht es Herstellern, einen CpkWert von > 2 bei Toleranzen von +/- 100 um/mm zu erzielen. Dies entspricht den Wiederholbarkeitsstandards des Spritzgusses, sogar bei feinen Details. „Die Qualität der Teile, die wir mit dem Figure 4 Modular produzieren können, ist hervorragend“, so Chris Nicoll, Prototype Lab Manager, D&K Engineering. „Viele unserer Techniker sagten aufgrund der hervorragenden Modellkonformität, des Oberflächenfinishs, und der physischen Eigenschaften: ‘Das sieht so gut aus wie ein gegossenes Teil.’ Wir könnten augenblicklich Prototypenteile und kleinere Anzahlen von Produktionsteilen mit Spritzguss-Qualität erschaffen. Der Figure 4 Modular ersetzt andere traditionelle Technologien, die wir zurzeit nutzen, und das verkleinert unseren Entwicklungszyklus, verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung und erhöht unsere Produktivität dramatisch, sodass wir unsere Kunden besser bedienen können.“ Anders als beim Spritzguss braucht man bei der additiven Produktion keine Mindestabnahmemengen, was bedeutet, dass

Produktionsvolumina von nur einem Stück möglich sind, ohne sich negativ auf den Preis auszuwirken. Allerdings gibt es bei der additiven Fertigung nicht den gleichen Effekt der relativen Kostensenkung bei zunehmender Stückzahl. Stattdessen bleiben die Kosten pro Stück für jeden Druckvorgang gleich, ob man nun 10 Teile oder 10.000 produziert. Bei Massenfertigung von Teilen heißt das, dass es immer eine Gewinnschwelle gibt, über der ein Wechsel zu traditionellem Spritzguss wirtschaftlich gesehen mehr Sinn macht. In solchen Fällen hat sich der Figure 4 Modular als hervorragende Brücke für die sofortige Herstellung von Teilen herausgestellt, welche die durch die Bereitstellung von Werkzeugen verursachten Zeitverzögerungen vermeidet. Figure 4 kann die Produktion auch nach Bedarf ergänzen, wenn die Nachfrage die Produktionskapazität übersteigt.

DAS MATERIALPORTFOLIO FÜR DEN FIGURE 4 MODULAR UMFASST: • TOUGH-GRY 10: ABS-ähnliches dunkelgraues Material. Druckgeschwindigkeit bis zu 100 mm/Std. Für starke, starre Bauteile. • TOUGH-GRY 15: ABS-ähnliches graues Material. Hohe Festigkeit & Stabilität für Kleinserienproduktion starrer Bauteile zu geringen Kosten. • TOUGH-BLK 20: ABS-ähnliches schwarzes Material. Hohe UV-Stabilität & Genauigkeit für Produktionsanwendungen. • ELAST-BLK 10: Schwarzes Elastomermaterial. Hervorragende Druckbelastungseigenschaften für Design & Validierung von gummiähnlichen industriellen & Verbrauchsgüterteilen. • FLEX-BLK 10: Polypropylen-ähnliches schwarzes Material. Flexibel, haltbar. Ideal für funktionsfähige Baugruppen, Prototypen, Urmodelle für RTV/Siliconguss, Kleinserienproduktion und Konzeptmodelle. • JCAST-GRN: Kontraststarkes grünes gießbares Material. Für hochdetaillierte, hochauflösende Schmuckmuster. • MED-AMB 10: Transparentes bernsteinfarbiges biokompatibles Material. Für Hochtemperatur- Verbraucheranwendungen und allgemeine medizinische Anwendungen mit Bedarf nach Lichtdurchlässigkeit, Sterilisation und/oder Thermoresistenz. • HI-TEMP-AMB 250: Hoch thermoresistentes Material (HDT > 250C) für Designverifikationstests, Motorgehäuse und Niedrigdruck-Guss/-Werkzeugbestückung mit Transparenz für Durchlaufvisualisierung.

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Luft- und Raumfahrt text: SAM DAVIES

MOOG UND DER ANSCHLUSSFLUG ZUR VERTEILTEN FERTIGUNG

as könnten Sie in den 12 Stunden zwischen Start und Landung alles schaffen? Ein paar mittelmäßige Filme schauen? Sich durch nicht so appetitliches Essen hindurchquälen? Vielleicht ein oder zwei Stunden schlafen? Ein defektes Teil bemerken, Ersatz bestellen, das Ersatzteil fertigen und dann nach der Landung installieren? Anfang dieses Jahres führte eine Boeing 777-300 auf dem Weg von Auckland (AKL) nach Los Angeles (LAX) einen Proof of Concept durch, der sich um die Simulation eines kaputten Kabinenteils drehte. Als die Reiseflughöhe erreicht war, funkte die Crew zurück an die Air New Zealand-Wartungsanlage in Auckland und meldete, dass ein Business Premier Bumper-Teil – welches sich zwischen dem Sitz und dem Monitor befindet, um Schaden am Sitz zu vermeiden, wenn der Bildschirm in die Standardposition zurückgeschoben wird – ersetzt werden müsse. Das Wartungsteam nutzte den Zugang zu einem digitalen Bauteil-Katalog, der von Air New Zealands MROZulieferer hochgeladen wurde, der in Singapur ansässigen Firma ST Engineering, und bestellte ein Ersatzteil. ST

Engineering identifizierte das dem Zielflughafen nächstgelegene zertifizierte 3D-Drucksystem und drückte die Bestellung durch – Moog Aircraft Group war mit der Fertigung beauftragt. All dies ereignete sich um etwa 1 Uhr (Pacific Time). Um 7 Uhr war der mobile Drucker bereits im Gang und druckte das Teil, bevor das Flugzeug um 11 Uhr landete. Innerhalb von 30 Minuten nach der Landung wurde das Teil ersetzt, und das Flugzeug konnte dann die drei weiteren geplanten Flugetappen antreten, bevor es nach Auckland zurückkehrte. „Das ist ein Teil, das tatsächlich manchmal ausfällt”, erzählt Tim Abbott, Digital Transformation Manager bei Moog, dem TCT Magazin. „Es ist ein Produkt, bei dem die Lieferkette nicht besonders schnell reagieren kann, es gab kein physisches Inventar, und selbst wenn es dieses gäbe, wäre es nicht am LAXFlughafen verfügbar. Das hätte eine Lieferzeit von 44 Tagen bedeutet und hätte für die drei Etappen, für die der Sitz nicht benutzt werden konnte, ungefähr 30.000 Dollar Einkommensverlust bedeutet.“ Moog arbeitet seit mehr als zehn Jahren mit den additiven Technologien Extrusion und Pulverbettschmelzen, und setzt sich mit Prozesskontrolle, Materialeigenschaften und der Machine-to-Machine-Konsistenz auseinander, mit dem Ziel, diese später für flugkritische Komponenten zu nutzen. Das Unternehmen konzentriert sich auf kritische Präzisionskontrollsysteme, und konkret in der Flugzeugindustrie auf missionskritische Systeme in primärer und sekundärer Flugkontrolle. Vor ungefähr fünf Jahren, etwa zu der Zeit, als Abbott dazu stieß, begann das Unternehmen bei additiver Fertigung über Rapid Prototyping und schnelle Werkzeugherstellung hinauszudenken und sich den anderen Vorteilen der Technologie zuzuwenden. „Wir arbeiteten mit sogenannter szenariobasierter Planung, wo wir uns in eine Situation in der Zukunft hineinversetzen, in der wir uns das Einbringen eines Mehrwerts vorstellen können und arbeiten von dort aus rückwärts, um die Lücken zu identifizieren, die man füllen muss, um an diesen Punkt zu kommen“, erinnert sich Abbott. „Das hatte einen kommerziellen und militärischen Gesichtspunkt. Man versetzt sich in ein Szenario, wo ein Betreiber ein kritisches

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Bedürfnis nach einem Teil hat – das Flugzeug sitzt am Boden, man hat Zugang zu einem 3D-Drucker und könnte dann das Teil am Ort des Gebrauchs zum gewünschten Zeitpunkt fertigen, wodurch die Lieferzeit drastisch verringert wird. Das schafft mehr Betriebsflexibilität und kommerziell gesehen geringeren Einkommensverlust.“ Als Antwort auf dieses hypothetische, aber wahrscheinliche Szenario bietet Moog das Programm VeriPart, welches während der Simulation des ausgefallenen Teils für Air New Zealand die digitalen Bauteildateien katalogisierte. Die Demonstration des VeriPart-Programms bestätigt das Ziel von Moog, einen digitalen Marktplatz zu erschaffen, der allen Bauteil-Lieferanten offensteht. VeriPart ist eine „private permissioned“-Umgebung; das heißt, dass das geistige Eigentum der Lieferanten durch Verschlüsselung geschützt ist, sodass nur autorisierte Personen Zugang zu Informationen über Bauteile haben. Das Bedürfnis nach physischem Inventar entfällt somit, Bauteile können nach Bedarf angefordert werden, sowohl aus der Ferne durch mobile Geräte als auch von Arbeitsplätzen in der Fabrikhalle aus. Gleichzeitig sichert Blockchain-Technologie von Ethereum die Verfolgbarkeit jedes Prozessschrittes, vom Entwurf und der Herstellung der Teile bis zum Weg vom Konzept bis zur Installation. „Das wird eine neue Art des Geschäftstreibens in der Luftund Raumfahrt schaffen”, meint Abbott. „Wir haben es auf die additive Fertigung angepasst, weil wir diese zurzeit als einzigen Weg sehen, auf dem man wahrhaft verteilte Fertigung erreichen kann. Aber all das Vertrauen und die Herkunftsnachverfolgung, die wir im digitalen Raum durchführen können, lassen sich jetzt auch auf traditionelle Lieferketten in der Luft- und Raumfahrt anwenden; es gibt viele menschliche Interaktionen und Übergaben auf dem Weg vom Rohmateriallieferanten zum Subkomponenten herstellenden Maschinenhaus, zum Erstausrüster, der möglicherweise die Baugruppe produziert, zum Plattform-Integrator und letztendlich zum Bediener. Indem wir Blockchain verwenden, können wir einen lebendigen Verlauf all dieser Interaktionen erstellen, die in einer Organisation und zwischen einzelnen Organisationen passieren, und es gibt ein digitales Verzeichnis davon.“ Das heißt, es muss keinem Papierkram mehr hinterhergerannt werden, um den Lebenszyklus eines Bauteils zu verstehen; es muss nur ein Code gescannt werden, um Informationen über Revision, Herstellung oder Materialherkunft fast augenblicklich abzurufen. Buchhaltungsdaten und Handelskonformität könnten ebenfalls verfügbar sein. Die VeriPart-Plattform von Moog wird Erstausrüstern, IP-Eigentümern und Service-Herstellern zur Verfügung stehen und ihnen somit ermöglichen, Beziehungen zu schaffen, die wahrhaft verteilte Netzwerke erlauben.

5DIE MOOG ADDITIVE MANUFACTURING CENTER-FABRIK (BILDQUELLE: MOOG)

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Blockchain ist dabei der Schlüssel. Die Technologie lässt nicht nur das VeriPart-System funktionieren, Moog verlässt sich auch darauf, um in einer Industrie, in der die meisten Organisationen in traditionellen Lieferketten verwurzelt sind und jedes Teil an jedem Prozessschritt reguliert ist, Vertrauen zu schaffen. Der Preis des Scheiterns ist so hoch, sowohl in Sachen Ausrüstung als auch Menschenleben, dass die Empfänger eines Teils, ob additiv gefertigt oder nicht, typischerweise einen Stapel von Dokumenten hätten, um zu beweisen, dass die Komponente wie geplant hergestellt wurde und somit gebrauchssicher ist. Das war die Herausforderung, der Moog gegenüberstand. „Wenn ich in einem komplett digitalen Raum arbeite, wie kann ich dann mit der gleichen Zusicherung vorgehen, dass dies jenes Bauteil ist, das Moog für mich vorgesehen hat, dass niemand es manipuliert hat, einen internen Designfehler eingebaut hat, und dass wir die gleiche Herkunft digital ganz bis zum Originalentwurf zurückverfolgen können?” fragt Abbott aus der Sicht eines Maschinenbedieners. „Etwas einfach an eine E-Mail-Adresse oder mit normalem Dateitransfer zu senden, lässt viele Lücken offen. Das schickte uns auf eine Suche: Wie lösen wir dieses Problem? Wie können wir digitales Vertrauen in ein additiv gefertigtes Teil schaffen, das in einem verteilten Fertigungsnetzwerk hergestellt wurde? „Vor etwa drei Jahren stießen wir auf Blockchain-Technologie und hatten diesen ‘Aha’-Moment, dass die Technologie zu diesem Zeitpunkt sehr gut wäre, um dieses Vertrauen und die gesicherte Herkunft in einem digitalen Raum zu liefern.“ Dieser Prozess wird durch eine ganze Reihe von Demonstrationen geprüft, ähnlich der von Air New Zealand und ST Engineering, und jede zählt als kleiner Schritt auf dem Weg zu Moogs letztendlicher Zielsetzung. Dem Unternehmen liegt am Bereitstellen von flugkritischen Komponenten und es genießt die Möglichkeit, das zum Zeitpunkt des Bedarfs in Pannensituationen tun zu können. Additive Technologien springen zurzeit über die Hürden auf dem Weg zum weitverbreiteten Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Abbott sagt voraus, dass Innenkabinenteile aus Kunststoff in den nächsten drei Jahren beliebter werden, sich der Trend dann zu Metallteilen entwickeln wird. Darüber hinaus könnten wir beobachten, wie kritische Metallteile in den Flug integriert werden. Obwohl man geduldig sein muss, hat Moog so zumindest die Zeit, Vertrauen in seine VeriPart-Plattform aufzubauen – sodass, wenn die additive Fertigung bereit ist, die verteilte Fertigung ebenfalls bereitsteht. „Eine Sache, die wir gern machen würden, weil wir wissen, dass sie noch kommt und dass wir die Technologie für verteilte Fertigung haben, ist, eine Umgebung des Vertrauens zu schaffen“, schließt Abbott ab. „Wir wollen sichergehen, dass wir mit der Reifung von additiver Fertigung voranschreiten, sodass wenn wir dort ankommen, beide Systeme bereit sind, zu koexistieren und den größten Wert im Markt zu schaffen.“

Luft- und Raumfahrt

REPARATUR IM ANFLUG

ionische Halterungen, LEAP-Triebwerke, SmartBauteile: Ein hochwertiges Feld in der Luft- und Raumfahrt zu finden, wo additive Technologie noch nicht zum Einsatz kommt, ist ganz schön schwierig. Aber was ist mit wichtigen alltäglichen Anwendungen, die den Unterschied zwischen Abflug und Startverbot bedeuten können? Der Großteil moderner Flugzeugtragflächen wird aus Karbonfaser gefertigt – dank des starken, leichtgewichtigen Charakters dieses Materials. Weniger Gewicht bedeutet größere Einsparungen beim Treibstoff und reduzierte Kosten, aber die komplexe Zusammensetzung von Karbonfaser bringt für Flugzeughersteller auch ihre Herausforderungen mit sich. Ein bekannter Flugzeug-Erstausrüster entdeckte kürzlich einen besonderen Schmerzpunkt während der Reparatur einer Karbonfasertragfläche. Bei Beschädigung der Tragfläche erforderte der Reparaturprozess vom Hersteller, die Tragfläche aus dem Umlauf zu nehmen und die Karbonfaser mühevoll abzuschleifen, damit an ihrer Stelle neues Material aufgebaut werden konnte. Dazu muss Hitze auf die korrekte Stelle gerichtet werden, um die Aushärtezeit zu verkürzen, und das mit oft wechselndem Erfolg, was sich auf die Qualität und die Lieferzeit auswirkt. Der im Vereinigten Königreich ansässige Hersteller wandte sich an FDM Digital Solutions, ein Unternehmen im Bereich additiver Fertigungstechnik, das vor allem auf Luft- und Raumfahrt sowie Automobilbau spezialisiert ist. Gemeinsam wollten sie eine Lösung finden, die die Aushärtezeit für Karbonreparaturen garantieren würde. „Unternehmen haben meist eine sehr große Einspannvorrichtung, egal wie groß oder klein die Reparaturstelle ist; das ist nicht sehr effizient“, erklärt Tony Flanagan, Business Development Manager bei FDM Digital. „Dies ist eine Lösung, die es Leuten erlaubt, flexibler zu sein und sich nur auf die Reparatur zu konzentrieren, die vorgenommen werden muss.“

text: LAURA GRIFFITHS

Die Lösung war ein neues Kit, das es dem Hersteller erlauben würde, die Hitze auf die korrekte Stelle zu richten und die Gesamtqualität der Reparatur zu verbessern. „Das stellt sicher, dass sie weiterhin um eine Reparaturstelle herum arbeiten können, statt die Arbeit zu pausieren, und es gibt keine Verzögerung im Zeitplan”, fügt Matt White, AM Solutions Lead Design Engineer bei FDM Digital, hinzu. Matt war führend beim Design eines neuen Satzes von vier Applikatoren und einer Schnellspannklemme, die an das Gebläse angeschlossen werden und leicht ausgetauscht werden können, damit eine beliebige Stelle an der Tragfläche für die korrekte Zeitspanne ausgehärtet werden kann. Für die Produktion wurden das Multi Jet Fusion (MJF) 4200-System von HP und PA12-Pulver gewählt, hauptsächlich aufgrund der hohen Temperaturresistenz des Materials, die für die erfolgreiche Aushärtung der beschädigten Stellen grundlegend ist. Matt erwähnt besonders die robusten Materialeigenschaften von MJF, verglichen mit einer Alternative wie etwa Ultem, und die Zusammenlegung der Herstellungsschritte als Schlüsselelemente für die Umsetzung dieser Anwendung. In der Tat wird die Technologie bei FDM nun laut Firmenaussage für rund 90% der Werkzeuge genutzt. „Wir produzieren viele Teile, die in Endnutzungsanwendungen genutzt werden, etwa bei Kontrollvorrichtungen“, so Matt. „Das ist ein Alltagswerkzeug. Die additive Fertigung gibt Menschen die Freiheit, etwas zu bekommen, das sie wirklich wollen, statt ein zerspantes Werkzeug, das nicht ihren Bedürfnissen entspricht.“ Insgesamt sind nun fünf Werkzeugkits über verschiedene Standorte verteilt im Einsatz, und zusätzlich zu einer Nominierung für die TCT Awards im vergangenen Jahr berichtet FDM über Interesse von mehreren Luft- und Raumfahrtunternehmen, die bei der Wartung, Reparatur und Instandsetzung ähnlichen Problemen gegenüberstehen. Tony fügt hinzu: „Wir sind am Punkt angekommen, wo etablierte Unternehmen ein Problem sehen, und selbst wenn sie die Lösung nicht direkt sehen, erkennen sie, dass die Lösung in der additiven Fertigung liegen könnte.”

6SCHNELLSPANNKLEMME, DIE ZUR REPARATUR AM GEBLÄSE BEFESTIGT WIRD

5ADDITIV GEFERTIGTES

KIT ZUR REPARATUR VON KARBONFASER-TRAGFLÄCHEN

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SPACEBOK, DER SPRINGENDE WELTRAUMROBOTER

eit acht Jahren ist der Mars Curiosity Rover auf dem Roten Planeten unterwegs, und obwohl er noch immer funktioniert, hat das unwegsame Gelände erheblichen Schaden an seinen Rädern hinterlassen. Könnte ein flexibleres Design des Rovers zu längeren und gründlicheren Erkundungen führen? Gibt es einen besseren Weg, schwierige außerirdische Landschaften zu bewältigen? Bühne frei für den SpaceBok. SpaceBok ist ein Projekt der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich mit dem Ziel, einen Roboter, der in niedrigen Schwerkraftverhältnissen laufen und springen kann, zu entwerfen und zu bauen. So bewegte sich schließlich auch Neil Armstrong bei der ersten Mondlandung fort – durch Hüpfer und Sprünge. „Die Motivation für die Entwicklung von SpaceBok kam aus dem Gedanken heraus, dass zukünftige Missionen zu Mond oder Mars in zunehmend schwierigeres und steiles Gelände vordringen werden, für welche versatile Erkundungsroboter benötigt werden“, so Hendrik Kolvenbach, Betreuer des SpaceBok-Projekts. „Insbesondere für die Erkundung von Kratern ist das interessant, da hier potentiell Wasser und andere Rohstoffe vorhanden sind, welche zum Beispiel als Treibstoff für Raketen oder für Habitate und somit unmittelbar den Menschen nutzbar gemacht werden könnten. Zudem geben Krater aufgrund des freiliegenden vulkanischen Materials Hinweise über die Entstehungsgeschichte des Himmelskörpers.“ Der SpaceBok ist zwar etwas breiter als der als Inspiration dienende Springbock und nur etwa kniehoch, mit etwas Fantasie kann man im Prototyp des Laufroboters aber die Ähnlichkeiten erkennen – vor allem bei der Sprungbewegung. Einige fühlen sich beim ersten Eindruck vielleicht etwas an die Roboter von Boston Dynamics erinnert, anders als diese ist der SpaceBok jedoch spezifisch für die Fortbewegung in niedrigeren Schwerkraftverhältnissen entworfen. „Laufroboter eignen sich für die Erkundung, da diese mit den zu erwartenden Steigungen und dem unwegsamen, sandigen Gelände besser zurechtkommen können als die

6HENDRIK KOLVENBACH,

BETREUER DES PROJEKTS, BEREITET DEN ROBOTER FÜR EINEN TEST VOR

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text: Sandra Tschackert

6DIE SPRUNGSEQUENZ DES SPACEBOKS

derzeit verbreiteten Rover“, berichtet Kolvenbach weiter. „Das besondere an SpaceBok ist, dass der Roboter auch sogenanntes dynamisches Laufen beherrscht. Dynamisches Laufen ist durch die Fähigkeit gekennzeichnet, sich während der Bewegung kurzzeitig in eine instabile Position zu bringen (so wie es wir Menschen und Tiere auch tun) um die Effizienz der Fortbewegung bei höheren Geschwindigkeiten zu steigern. Dies ist auf dem Mond interessant, da man so die niedrige Gravitation ausnutzen kann, um sich zum Beispiel springend fortzubewegen.“ Für einen Prototyp wie den SpaceBok ist der 3D-Druck natürlich eine große Hilfestellung; die Technologie kam vor allem beim Torso des Roboters zum Einsatz. „Da es sich um einen Prototypen handelt, wurden auch während des Zusammenbaus noch viele Teile geändert und der 3D-Druck gab uns die Möglichkeit, zeitnah und flexibel Änderungen vorzunehmen“, erklärt Kolvenbach. „Zudem zeichnen sich die Teile durch oftmals komplexe Geometrien aus, welche so kostengünstig und schnell realisiert werden können. Wir verwenden meistens Kunststoffe, die zudem den Vorteil haben, sehr leicht zu sein und es dem Roboter letztendlich erlauben, höher zu springen.“ Das Projektteam nutze dazu hauptsächlich FDM-Maschinen der Hersteller MakerBot und Ultimaker, die auch für Privatanwender zugänglich sind. Zurzeit wird an verschiedenen Füßen für den Roboter gearbeitet – dank der Geschwindigkeit und geringen Kosten der additiven Fertigung können unterschiedliche Sohlenprofile schnell produziert und getestet werden. Für Teile, die während des Springens und Landens Kräften widerstehen müssen, wurde auf einen HP Multi Jet Fusion-Drucker und NylonMaterialien zurückgegriffen. Durch bereitstehende Ausrüstung an

Luft- und Raumfahrt

der Universität sowie privates Interesse hatte das Projektteam bereits Erfahrung mit 3D-Drucktechnologie. Nachdem ein funktionsfähiger Prototyp konstruiert wurde, ging das Projekt in die nächste Phase über, wobei der SpaceBok bei ESTEC (European Space Research and Technology Centre der European Space Agency) auf sein Verhalten in unterschiedlichen Schwerkraftverhältnissen getestet wurde. In den Robotiklaboren des ESTEC kann Schwerelosigkeit sowie generell reduzierte Gravitation simuliert werden. Bei den Tests des SpaceBoks wurde mit einem extrem flachen Boden und Luftkissenplattformen gearbeitet. Zwar waren diese Tests noch etwas eingeschränkt, da sie nicht in einem vollständigen dreidimensionalen Raum stattfanden, es ließ sich aber zum Beispiel die Orientierung des Roboters während der Flugphase prüfen und kontrollieren, damit der Roboter nach einem Sprung sicher landen kann. „Außerdem konnten wir experimentell überprüfen, wieviel Energie für das Springen auf dem Mond aufzubringen ist und wie man die

Effizienz, zum Beispiel durch die Verwendung von Federn, weiter steigern kann“, kommentiert Kolvenbach die Tests. Es bleibt nur noch eine Frage – wird der springende Roboter eines Tages auch in den Weltraum geschickt, um auf dem Mond oder dem Mars bei Erkundungsmissionen zu helfen? Kolvenbach gibt sich hoffnungsvoll: „Da die Möglichkeiten auf der Hand liegen, hoffen wir, dass die Aussichten [auf den Einsatz im Weltraum] auf lange Sicht mit jedem erfolgreichen Test steigen. Auf der Erde sehen wir einen Anstieg in der Forschung auf dem Gebiet der Laufroboter, etwa für die Paketzustellung, Rettungsmissionen oder autonome Inspektion. Letztendlich tragen alle diese Entwicklungen dazu bei, die Technologie robuster und effizienter zu machen, und somit auch interessant für die Weltraumfahrt.“

5DER SPACEBOK WIRD

BEI ESTEC AUF EINEM EXTREM FLACHEN BODEN GETESTET, DER REDUZIERTE SCHWERKRAFT SIMULIERT.

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RAUM UND ZEIT: 3D-DRUCK IM NEUEN WELTRAUMZEITALTER text: Sam Davies

auncher Inc. feierte im März seinen zweiten Firmengeburtstag mit einer Vorführung des Dokumentarfilms Apollo 11 von Todd Douglas Miller – ein Film über den Meilenstein, der hinter dem Ehrgeiz von Launcher und fast jedem anderen Unternehmen in dieser Industrie steht. Inspiriert von den 1969er Mondlandungen will Launcher den Fortschritt des Raketendesigns auf Touren bringen. Die in New York ansässige Firma gehört zu denjenigen, die jüngste Fortschritte in der Technologie ausnutzen, um das zu schaffen. Launcher wurde der erste Kunde für die „Customised Machines“Sparte von EOS, und kündigte Anfang dieses Jahres den Druck seiner E-2-Triebwerk-Brennkammer in einem einzigen Stück auf einem modifizierten EOS M 400 an – die Maschine heißt nun aufgrund ihrer neuen Fähigkeit, in der Z-Achse bis zu 1000 mm zu drucken, EOS M 4K. Mit ca. 1 m Höhe gilt die Brennkammer von Launcher als größtes durch 3D-Druck gefertigtes Flüssigkeitsraketentriebwerk, bei dem kein Schweißen oder Anflanschen notwendig war, nicht einmal bei Kleinstteilen. Komplexe, in das Design integrierte Kanäle ermöglichen optimierte Kühlung – überschüssiges Pulver aus dem Druckprozess wird mithilfe von Vibrationstischen, Schüttlern und chemischer Reinigung aus diesen Kanälen entfernt. Die ersten Brennkammern wurden aus Aluminium gedruckt, aber das Unternehmen will eine weitere Iteration mit Kuper-Chrom-Zirconium abschließen. Launcher braucht für die Produktion einer Brennkammer ungefähr drei Tage – davor brauchte es bis zu 18 Monate. In der Industrie hat es im letzten Jahrzehnt unter bedeutender Beteiligung von Investoren einen Aufschwung an Aktivität gegeben – die finanzielle Unterstützung erhöhte sich mit der Einführung der Fahrzeuge von SpaceX sprunghaft. In diesem „unternehmerischen Weltraumzeitalter“ werden Milliarden von Dollar in Unternehmen gespritzt, wodurch diese dann bei der Innovation von Raumfahrzeugen einen Gang hochschalten können. Das Unternehmen Skyrora arbeitet auf das Ziel der britischen Regierung zu, bis 2030 einen 10%igen Anteil des weltweiten Raumfahrtmarkts einzunehmen, und wird bald Starttests am Flughafen Cornwall durchführen. Ähnlich wie Launcher verwendet es Metall-3D-Druck (von Renishaw) für die Leo-Triebwerke in seinen Startfahrzeugen, der suborbitalen Skyrora 1 und der orbitalen Skyrora XL. Letztere beeindruckt mit einer Nutzlast von bis zu 315 kg.

5JAMES YENBAMROONG, MU

SPACE, UND TIM ELLIS, RELATIVITY

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5 RELATIVITY MIETET FÜR TESTS AN AEON 1-

TRIEBWERKEN FLÄCHEN AM STENNIS SPACE CENTER

Um das zu schaffen, hat das Ingenieurteam von Skyrora mit Frazer Nash zusammengearbeitet, einer Zerspanungsfirma, die als eine von nur drei Firmen in Großbritannien gilt, die nach dem AS9100-Qualitätsmanagementstandard für Luft- und Raumfahrt zertifiziert sind. Das sichert die Wiederholbarkeit der in Hampshire hergestellten Teile. Durch die Zusammenarbeit mit Frazer Nash ist das Leo-Treibwerk zu etwa 70% 3D-gedruckt, wobei die Zahl der Komponenten konsolidiert wurde, um die Schweißmontage zeiteffizienter zu gestalten. Viele dieser Teile wurden ebenfalls leichtgewichtiger gemacht, damit sich das Fahrzeug einfacher anhebt und somit weniger Treibstoff verbraucht. Teile wie Ringe, Montagepunkte und Filter werden aus Kostengründen mit Zerspanungstechnik gefertigt, die auch als Nachbearbeitungsschritt auch für gedruckte Bauteile notwendig ist, um korrekte Passung und Orientierung sicherzustellen. Gleichzeitig durchläuft die innere Bohrung der Brennkammer einen Schleifprozess, um Unregelmäßigkeiten zu entfernen. Robin Hague, Lead Engineer bei Skyrora, erzählte TCT, dass der 3D-Druck große Vorteile brachte, indem er es dem Team ermöglichte, „unser Design und die Konstruktion wesentlich zu vereinfachen, [und] viele Bestandteile in einem zusammenzufassen – zum Beispiel durch integrierte Kühlkanäle, die um die Brennkammer herumlaufen.“ Wie bei Launcher soll dieser aktive Kühlmechanismus die Temperatur des Motors stabil halten, während die Treibmittel (Wasserstoffperoxid und Kerosin) erhitzt werden – so wird sichergestellt, dass das Triebwerk die Verbrennungstemperatur übersteht. Die Verwendung von 3D-Druck-Technologien wird immer üblicher, von weniger bekannten Unternehmen wie Skyrora und Launcher bis hin zum Aushängeschild dieser neuen Welle von Raumfahrzeugunternehmen: SpaceX. Tatsächlich war es bei SpaceX, während der Arbeit am SuperDraco-Motor, dass Jordan Noone, CTO und Mitbegründer von Relativity Space, sich fragte, wie man den 3D-Druck auf ein ganzes Fahrzeug anwenden könne. Noone tat sich 2015 mit seinem Mentor an der University of Southern California, Tim Ellis, zusammen, kann vier Jahre später 75 Mitarbeiter zählen und wird demnächst eine 46.000 m²-Fabrik eröffnen. Relativity plant zunächst, gewichtsanteilig 95% von seiner zweistufigen orbitalen Terran 1-Rakete zu drucken, die eine maximale Nutzlast von 1.250 kg bis 185 km in der erdnahen Umlaufbahn hat. Flugtests sind für Ende des nächsten Jahres vorgesehen, bei vier davon werden Triebwerktests am Stennis Space Center durchgeführt, einem ehemaligen Revier des Apollo-Programms.

Luft- und Raumfahrt

6DAS AEON 1-TRIEBWERK VON

RELATIVITY WIRD TESTS UNTERZOGEN

Bei Terran 1, sagt Relativity, wurden 100.000 individuelle Komponenten auf 1.000 reduziert; die Aeon 1-Triebwerke haben je weniger als 100 montierte Teile. Die Firma hat ihr eigenes Stargate Arc-Welding-Drucksystem vor Ort; dieses verfügt über einen zylindrischen Bauraum von 2,7 x 4,6 m und wird genutzt, um unter anderem Treibstofftanks, strukturelle Komponenten und Speiseleitungen herzustellen. Im Stargate befinden sich drei Roboterarme, einer mit einem Depositionskopf und die anderen zwei mit Nachbearbeitungsköpfen, um Material zu entfernen oder gedruckte Teile zu schleifen. Kleinere Anwendungen werden typischerweise ausgelagert, wobei das Unternehmen über eine Flotte von DMLS-Maschinen verfügt, um Anwendungen zu generieren und zu testen. „Unsere These ist: Wenn man das Unternehmen auf zwei Prozesse vereinfacht und die Vorteile dieser zwei Prozesse ausschöpft, etwa mehrere Teile in einem zu kombinieren, dann gibt es deutlich weniger Verschlüsse, Herstellungsprozesse, und Vorgänge, die diese Teile durchlaufen müssen, und man reduziert dramatisch die aufgebrachten Arbeitsstunden, die Lieferkette, oder die Qualitätstechnik, und reduziert so die Zahl der Schnittstellen zwischen Teilen. Damit hat man weniger Designaufwand“, betont Noone. Und deswegen gibt es auch ständige Investition. Space Angels, ein Finanzdienstleister, verzeichnete zwischen 2009 und 2018 18 Milliarden US-Dollar Investition in den Weltraumsektor; ein Sechstel davon allein im letzten Jahr. Das treibt die Start-up-Unternehmen dazu, schneller zu handeln und effizienter zu iterieren, wenn sie Observations- und Kommunikationssatelliten in die Umlaufbahn schicken. Es wird geschätzt, dass in den nächsten fünf Jahren weltweit mehr als 10.000 kleine Satelliten starten werden. Die Raumfahrzeugindustrie schritt lange Zeit langsam voran; nach den Höhensprüngen der 60er und 70er Jahre stockte der Fortschritt etwas und bemannte Missionen wurden immer seltener. In der Industrie ist Zusammenarbeit zwischen öffentlichen und privaten Organisationen weit verbreitet, die großen und kleinen Unternehmen ergänzen sich gegenseitig. Mit einem neuen Zeitalter kommen neue Ideen. „Bei der additiven Fertigung gibt es viel Unbekanntes, und die emporkommenden Unternehmen erforschen diese Technologien auf offenere Weise, während die etablierten viel langsamer neue Technologien aufnehmen“, so Brooker. „Ein großer Teil der Technologie, die sich derzeit im Weltraum befindet, ist wahrscheinlich 10 bis 15 Jahre alt, sogar bei aktuellen Starts.“ „Wir glauben, dass die Kundschaft viel schnellere Reaktionszeiten und Iterationszeiten von uns möchte, um Entwürfe und Raketen viel schneller zu iterieren“, sagt Noone. „Die Luft- und Raumfahrt war eine stagnierende Industrie; historisch gesehen gibt es alle 20 oder 30 Jahre ein neues Design für Startfahrzeuge, und das ist generell eine Variante eines älteren Fahrzeugs.

„Diese Fahrzeuge sind so komplex, sie haben so viele Teile, und wenn man das aus dieser Richtung anpackt, kann man das Design tatsächlich viel schneller ändern, da es weniger Bauteile gibt, oder weil man eine Fabrik mit kleinerer Grundfläche und flexiblerer Werkzeugbereitstellung hat. So sehen wir den Druck – sehr flexible Werkzeugbereitstellung und die Fähigkeit, im Designprozess schnell etwas ändern zu können.“ Am 20. Juli 1969 versammelte sich die Welt um vor Fernsehgeräten, um den Mondlandungen der Apollo 11 beizuwohnen. Obwohl in den nächsten drei Jahren weitere erfolgreiche Missionen folgten, schrumpfte das öffentliche Interesse an der Erkundung des Weltraums – menschliche Neugier ist nun einmal launisch – und die US-Regierung, die das Projekt finanzierte, verschob den Fokus an andere Stelle. Aber im neuen Zeitalter, wo die private Investition Schritt für Schritt der Innovation nachkommt, ist die Weltraumindustrie bereit, uns alle zum erneuten Hinsetzen und Aufpassen aufzufordern.

6DAS AEON 1-TRIEBWERK VON RELATIVITY

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KLEIN, ABER FEIN text: Elisabeth Skoda

VORRICHTUNGEN UND HALTERUNGEN SIND ZWAR OFT KLEIN UND UNAUFFÄLLIG UND STEHEN WEIT WENIGER IM RAMPENLICHT ALS JENE 3D-DRUCKANWENDUNGEN, DIE SCHLAGZEILEN MACHEN, WIE ETWA ADDITIV GEFERTIGTE ORGANE, SIE SPIELEN JEDOCH EINE ZENTRALE ROLLLE IN DER FUNKTIONALITÄT VON MASCHINEN. EINE HERSTELLUNG MITTELS ADDITIVER FERTIGUNG KANN UNTERNEHMEN ZEIT UND GELD SPAREN.

tefan Holländer, Europa Geschäftsführer bei Formlabs, beschreibt die Vorteile von 3D-Druck als Mittel der Wahl bei der Fertigung von Vorrichtungen und Halterungen. „Der 3D-Druck ist dank jüngster Fortschritte im Hinblick auf Maschinen, Materialien und Software für ein breiteres Spektrum an Unternehmen zugänglich geworden. Dadurch können immer mehr Unternehmen Werkzeuge nutzen, die bisher auf wenige HightechBranchen beschränkt waren. Heute beschleunigen gewerbliche, kostengünstige Desktop- und Benchtop-3D-Drucker Innovationen und helfen dabei, Kosten zu reduzieren, Design schneller zu iterieren und bessere Produkte auf den Markt zu bringen.“ SCHNELL, KOSTENGÜNSTIG, KREATIV Einer der entscheidenden Vorteile der 3D-gedruckten Vorrichtungen und Halterungen ist die Geschwindigkeit der Herstellung. Mittels additiver Fertigung kann man CAD-Modelle innerhalb weniger Stunden in physische Teile verwandeln, und Teile und Montagesets für Konzeptmodelle, voll funktionstüchtige Prototypen und sogar kleine Produktionsserien für Tests herstellen. Auch die Kosten sind niedriger, wie Holländer erklärt: „Es sind keine teuren Werkzeugbestückungen und Einrichtungen erforderlich, die normalerweise für Spritzguss oder Zerspanen zur Anwendung kommen. Dieselbe Ausrüstung kann für die Prototypenentwicklung bis hin zur Fertigung von Teilen mit unterschiedlichen Geometrien genutzt werden. Der 3D-Druck ist in der Lage, funktionstüchtige und -bereite Teile herzustellen und kann traditionelle Fertigungsmethoden für eine immer breitere Spanne von Anwendungen mit geringen bis mittleren Produktionsvolumina ergänzen oder ersetzen.“

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Die additive Fertigung kann darüber hinaus mehr Gestaltungsfreiheit bieten. So können etwa komplexe Formen und Teile wie Überhänge und Mikrokanäle produziert werden, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nur unter enormem Kostenaufwand oder überhaupt nicht herstellbar wären. „Baugruppen können aus weniger Einzelteilen hergestellt werden, was das Gewicht, die Zahl von Verbindungsstellen und die Montagedauer senkt und so Design und Technik neue Möglichkeiten eröffnet. Firmen können dadurch auch ihr Risiko senken,“ meint Holländer. Bei der Produktentwicklung handelt es sich um einen iterativen Prozess aus mehreren Test-, Bewertungs- und Nachbesserungsrunden. Unternehmen können durch das frühzeitige Finden und Beheben von Designfehlern kostspielige Designüberarbeitungen und Werkzeugwechsel im weiteren Verlauf der Herstellung vermeiden. „Per 3D-Druck können Ingenieure gründliche Tests an Prototypen durchführen, die aussehen wie Endprodukte und sich auch so verhalten. So wird das Risiko von Anwendungs- und Fertigungsproblemen noch vor dem Beginn der Produktion reduziert.“ MASSGESCHNEIDERTE ROLLEN FÜR VERBUNDFASERENTWICKLUNG Als Beispiel für eine Anwendung, bei der sich der Nutzen der additiven Fertigung bei der Herstellung von Vorrichtungen und Halterungen zeigt, zitiert Stefan Holländer eine Zusammenarbeit mit dem Composites Centre des Advanced Manufacturing Research Centre der Universität Sheffield in Großbritannien. „Das AMRC stellt maßgeschneiderte Rollen für die Verbundfaserentwicklung oder temperaturbeständige Halterungen her. Hierfür arbeitete das AMRC mit additiven Fertigungsmethoden und nutzt hierfür eine neue additive Fertigungsstation mit einer Flotte von 12 Form 2-Stereolithografie (SLA)-3D-Druckern von Formlabs.“ Alexander Shaw, ein Verbundwerkstoff-Automatisierungstechniker des AMRC, erklärt, wie die Forscher verschiedene Versionen von maßgeschneiderten Rollen entwickelt, und im 3D-Druck innerhalb von Tagen hergestellt haben. Eine Faserwickelmaschine funktioniert wie folgt: eine Faserspule läuft durch ein Harzbad und anschließend durch dünne Rollen, und gelangt so vom Spulengatter im hinteren Bereich des Systems zum Abgabekopf an einem sechsachsigen KUKA-Roboter. Die Faserfäden erreichen dann eine metallische Spindel, die sich wie ein Werkstück in einer Drehmaschine dreht. Der Roboterkopf bewegt sich und trägt die Faser auf die sich drehende Spindel auf. Verschiedene Fasern können verschiedene Materialbreiten aufweisen oder etwas unregelmäßig sein, was Probleme beim

Hilfsmittel & Vorrichtungen

Durchführen durch die Rollen verursachen kann. Als die Forscher auf ein anderes Material umstiegen, das etwas schmaler als das Vorgängermaterial war, musste aufgrund der zusätzlichen Variation der Breite eine Rolle hergestellt werden, die etwas schmaler war als die ursprüngliche Rolle, die in der Maschine verbaut war. Verschiedene Rollen für verschiedene Materialien sind erforderlich, um Spalte zwischen den Fäden zu vermeiden und die Fasern mit der hohen Genauigkeit verarbeiten zu können, die etwa in der Luft- und Raumfahrtindustrie erforderlich ist. „Wenn man eine schmalere Laufbreite hat als das Material, das über die Rollen läuft, kommt es zu Spalten auf der Lauffläche und das Material wird ungleichmäßig verteilt. Wenn diese Spalten größer sind als etwa ein Millimeter, erfüllen die Teile nicht die Richtlinien der Luft- und Raumfahrt“, erklärt Shaw. Um das System an die neuen Materialien anzupassen, hat Shaw die Standardrollen untersucht und drei neue Versionen entwickelt, die alle über unterschiedliche Durchmesser und Breiten verfügten, abhängig von dem Material, für das sie gedacht waren. Beispielsweise haben sie für ein 6 mm breites Material Rollen gedruckt, die über eine Mittelfläche mit 6 mm und Außenflächen mit 3 mm verfügen, so dass beim Zusammenführen von zwei Fäden nebeneinander kein Spalt zwischen den oberen und den unteren Gattern entsteht. Die Rollen werden mit Metalllagern versehen, die die Reibung im System reduzieren. Das Team benötigte die neuen Rollen so schnell wie möglich, um mit dem Projekt fortfahren zu können, und entschied, dass der 3D-Druck die beste Methode zur Fertigung der Teile sei. „Die spanende Fertigung neuer Rollen würde deutlich mehr kosten und die Durchlaufzeiten wären möglicherweise länger als eine Woche, wohingegen wir mit den Formlabs 3D-Druckern etwas drucken und noch am selben Tag in den Händen halten konnten“, so Shaw. KNACKPUNKT IM FERTIGUNGSPROZESS Markus Kaltenbrunner, geschäftsführender Gesellschafter der österreichischen EVO-tech GmbH unterstreicht ebenfalls die Vorteile der additiven Fertigung: „Die Produktion spezieller Werkzeuge, Vorrichtungen und Bauteile gilt in vielen Branchen als zentraler Knackpunkt im Fertigungsprozess. Mit dem 3D-Druck haben Sie den Vorteil, bestimmte Bauteile deutlich schneller und deutlich billiger produzieren zu können. Besondere Vorteile bietet der 3D-Druck auch bei komplexen und gänzlich neu zu entwickelnden Bauteilen.“ EINFACHE HERSTELLUNG VON BIEGEEINSÄTZEN Unternehmen nutzen die additive Fertigung, um schnell und einfach Betriebsmittel und Werkzeugkomponenten für die Serienproduktion herzustellen.

Markus Kaltenbrunner erklärt, welchen Mehrwert der Werkzeugbauer Metusan durch die Verwendung des 3D-Druckers EVO-lizer FDM erzielt: „Wesentlicher Ansatzpunkt war eine neue Maschine im Bereich Kupferrohrbearbeitung. Dort benötigte Metusan Biegeeinsätze, die weich genug sind, um die Kupferrohre nicht zu beschädigen. Für die Herstellung der Werkzeugeinsätze mit herkömmlichen Verfahren hätten zusätzlich Werkzeuge angeschafft werden müssen.“ „Solange es nur darum geht, bestehende Vorrichtungen in gleicher Weise zu ersetzen, oder einfache Spannbacken herzustellen, ist man mit herkömmlichem Fräsen meist schneller. Sobald die Teile aber an Komplexität zunehmen oder eine komplette Neuentwicklung notwendig wird, ist man mit der additiven Fertigung eindeutig im Vorteil,“ erklärt Christoph Gruber, Leiter Werkzeugbau, Metusan GmbH. ZUSATZNUTZEN ALS BONUS Oftmals ist beim Einstiegsprojekt noch nicht klar, wo die additive Fertigung überall zum Einsatz kommen kann. „Im Falle von Metusan stand eine Vorrichtung für das Spannen von gebogenen Kupferrohren für den Zuschnitt im Vordergrund. Es wurde eine Formunterschale gebraucht, in die ein mehrfach gebogenes Rohr eingelegt wird. Anschließend presst ein Zylinder von oben ein Gegenstück an. Das so gehaltene Rohr kann dann sicher zum Trennen an ein Kreissägeblatt herangeführt werden“, schildert Markus Kaltenbrunner die Anforderungen. „Diese Halterung konnte viel schneller als üblich zum Einsatz gebracht werden. Die Bauzeit in ABS-Kunststoff betrug lediglich eine Stunde. Auch wenn wir neue Rohrgeometrien benötigen, können wir jetzt innerhalb kürzester Zeit passende Halterungen herstellen“, so Gruber. Darüber hinaus wurde der EVO-lizer dazu verwendet, Prüflehren herzustellen, um dreidimensionale Rohrgeometrien einfach im Produktionsverlauf kontrollieren zu können. „Diese Prüflehren hätten wir mit unseren bestehenden Maschinen gar nicht herstellen können. Wir hätten dazu eine FünfAchs-Fräsmaschine gebraucht. So konnten wir in nur anderthalb Stunden auf eine fertige Prüflehre zugreifen. Auch für die Qualitätssicherung ermöglicht uns die neue Maschine somit eine rasche Herstellung erforderlicher Betriebsmittel“, freut sich Gruber über die Möglichkeiten der additiven Fertigung. Auch Ersatzteile für Maschinen und Anlagen, sowie eine Menge anderer Hilfsmittel werden bei Metusan mittlerweile mit der FDMMaschine produziert. „Das Anwendungsspektrum der additiven Fertigung ist also weitaus größer als zunächst erwartet,“ meint Kaltenbrunner abschließend.

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Hilfsmittel &FOLIO Vorrichtungen NAME

GRÜNDE FÜR DIE NUTZUNG DES 3D-DRUCKS BEI HILFSMITTELN UND VORRICHTUNGEN TEXT: Jesse Marin, Design Services Manager, Stratasys Direct Manufacturing

3BMW HAT DURCH

3D-GEDRUCKTE VORRICHTUNGEN EINE KOSTENEINSPARUNG VON 58% ERZIELT.

ilfsmittel, Vorrichtungen und andere Werkzeuge, die in der Fertigung genutzt werden, können das Rückgrat einer Produktionshalle darstellen. Erfolgreiche Wiederholbarkeit, Verlässlichkeit und Qualität hängen oft von einfachen Fertigungshilfsmitteln ab, die während kritischen Montage- und Inspektionstätigkeiten Hilfe und Schutz bieten. Hilfsmittel und Vorrichtungen können aus serienmäßiger Produktion stammen, aber Hersteller entwerfen oft ihre eigenen Fertigungshilfsmittel für einzigartige Aufgaben. Additive Fertigung eliminiert die durch Kosten, Durchlaufzeit und Design gestellten Hindernisse bei der Aufnahme von Fertigungshilfsmitteln. AM kann aufgrund folgender Vorteile Hilfsmittel und Vorrichtungen liefern, die bisher nicht möglich waren: KOMPLEXES DESIGN Der offensichtlichste Vorteil des 3D-Drucks über alle Anwendungen hinweg ist die Designfreiheit. Frei von den Einschränkungen des Spritzgusses oder Zerspanens eröffnet der 3D-Druck fast endlose Möglichkeiten für Werkzeugkonfiguration. Übliche herkömmliche Designerwägungen wie etwa unregelmäßige Profile, Konturen oder Anzahl der Maschinen sind nicht mehr relevant. ZUSAMMENLEGUNG VON KOMPONENTEN Mit der dank AM verfügbaren Komplexität können die mit Montagetätigkeiten verbundenen Kosten und langen Vorlaufzeiten verringert oder eliminiert werden. Werkzeuge, die bisher aus mehreren Komponenten hergestellt wurden und Montage und Passung benötigten, können nun als zusammenhängende Komponente entworfen werden. VERBESSERTE ERGONOMIE Zusammenlegung und Designfreiheit ermöglichen Fertigungshilfsmittel mit besserer Handhabung und Nutzerfreundlichkeit. Herkömmlich gefertigte Werkzeuge mit Designeinschränkungen können schwer und unhandlich sein. Hilfsmittel und Vorrichtungen ohne grundsätzliche ergonomische Funktionalität können große Auswirkungen haben, einschließlich fehlerhafter Einheiten, bedeutender

Stillstandzeiten in der Produktion und Unannehmlichkeiten für Arbeiter. 3D-gedruckte Fertigungshilfsmittel sind ein effektiver Weg, Konturen und organische Formen zu integrieren. GEWICHTSREDUKTION Ein weiterer Vorteil in Sachen Komfort und Sicherheit bei 3D-gedruckten Hilfsmitteln und Vorrichtungen ist die Gewichtsreduktion. Starke Kunststoffe sind eine großartige Alternative zu konventionellen Metallschleifprozessen, und AM hat bedeutend leichtere Werkzeuge an Produktionsarbeiter liefern können, die an Montage- und Vorrichtungsarbeiten beteiligt sind. Leichtere Werkzeuge steigern die Produktivität. Ein leichtes, optimiertes Fertigungshilfsmittel kann die gleiche Funktionalität bieten und gleichzeitig benutzerfreundlicher sein. ANPASSUNG Designfreiheit eröffnet größere Kontrolle über Aufgaben und ermöglicht zudem ergonomische Unterstützung für Arbeiter, was zu höherer Präzision bei der Ausführung von Aufgaben führt. Statt auf die Herstellbarkeit kann es auf die Aufgabe oder den Mitarbeiter zugeschnitten werden. DIGITALES INVENTAR Der 3D-Druck von Hilfsmitteln und Vorrichtungen ist am besten für kleinere Produktionsmengen geeignet. Die einfache Zugänglichkeit einer digitalen Datei ermöglicht es, Hilfsmittel nach Bedarf zu fertigen. Das „digitale Inventar“ ist jederzeit verfügbar und erlaubt es, Werkzeuge schnell und mühelos zu aktualisieren und neu zu entwerfen. KEIN ZERSPANEN Wenn ein Teil auf eine Toleranz von +/- 0.005 Zoll oder +/0.0015 des Teils angelegt ist – je nachdem, welcher Wert größer ist – kann die additive Fertigung dieses Bauteil direkt aus der Maschine liefern. Die sich ergänzende Partnerschaft von additiver und konventioneller Fertigung kann die Vorteile beider Prozesse noch steigern. Es gibt jedoch viele Fälle, in denen für additiv gefertigte Hilfsmittel und Vorrichtungen kein Zerspanen notwendig ist, was wertvolle Zeit und Kosten einspart. KOSTENREDUKTION Letztendlich tragen alle oben genannten Vorteile im Vergleich mit herkömmlich hergestellten Fertigungshilfsmitteln zu einer Kostenreduktion bei. BMW zum Beispiel aktualisierte seine Aluminiumvorrichtungen, die bei der Montage und beim Testen von Stoßstangenstützen genutzt werden, mit 3D-gedruckten thermoplastischen Vorrichtungen aus ABS. Die neuen 3D-gedruckten Vorrichtungen sind um 72% leichter und haben dank besserer Ergonomie die Produktivität und Genauigkeit verbessert. BMW hat so eine 58%ige Kosteneinsparung pro Vorrichtung und eine 92% schnellere Vorlaufzeit erzielt.

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Neue Technologie

TECHNOLOGIENEUZUGÄNGE 2018/19

EIN ÜBERBLICK ÜBER DIE IM LETZTEN JAHR VON 3D-TECHNOLOGIE-UNTERNEHMEN BEKANNTGEGEBENEN NEUERUNGEN UND WAS DIESE ZU BIETEN HABEN STEREOLITHOGRAFIE/HARZE Formlabs gab im April dieses Jahres die Einführung seiner 3D-Drucker Form 3 und Form 3L bekannt, die mit Low Force Stereolithography (LFS) arbeiten. Die Vorteile des LFS-Prozesses sind laut des Unternehmens unter anderem hohe Detailgetreue und Präzision, leichtere Reinigung und Entfernung von Stützstrukturen, sowie die Möglichkeit, den Drucker mit der Remote Print-Funktion von überall aus bedienen zu können. „Mit dem vom Form 3 und Form 3L genutzten LFSDruckprozess haben wir unseren Ansatz zum 3D-Druck mit Harz komplett überarbeitet“, kommentierte Formlabs-CEO und Mitgründer Max Lobovsky die neuen Drucker. Die beiden Modelle nutzen die gleiche Technologie, aber der Form 3L bietet größeres Bauvolumen. Der LFS-Prozess nutzt einen flexiblen Tank, um die Kräfte des sogenannten Peel-Prozesses drastisch zu reduzieren und so ein besseres Finish zu erzielen, sowie eine Light Processing

Das in Kalifornien ansässige Unternehmen Origin stellte im Mai offiziell seine Origin One-Plattform vor, die mit dem additiven Fertigungsprozess „Programmable Photopolymerisation“ (P3) arbeitet. Dieser Prozess schafft durch präzise Kontrolle von Licht, Hitze, Kraft und anderen Variablen aus Harzmaterial solide Objekte. Origin-Gründer Chris Prucha und Joel Ong waren zuvor bei Apple und GoogleX beschäftigt und entwickelten seit der Gründung 2015 die eigene Druckplattform. Die Technologie wurde bereits von verschiedenen Kunden aus dem Automobilbau, industriellen und Vertragsherstellern, Regierungsorganisationen sowie dem Schuhhersteller ECCO aufgenommen.

Unit (LPU), welche aus Linsen und Spiegeln besteht und eine genauestens kontrollierte lineare Belichtung liefert, um die Produktion akkurater und wiederholbarer Teile sicherzustellen. Für Kunden, die bereits ein Form 2-Modell genutzt haben, liegt der größte Vorteil in der leichteren und schnelleren Nachbearbeitung gegenüber dem Vorgänger.

Einen neuen Einstieg in das Gebiet der Stereolithografie machte im gleichen Monat Stratasys mit dem V650 Flex. Das Unternehmen, das sich seit seiner Gründung vor rund 30 Jahren hauptsächlich FDM- und PolyJet-Technologien gewidmet hat, kündigte im letzten Jahr die Entwicklung einer neuen Metall3D-Drucktechnologie an und legte nun zusätzlich seinen ersten Stereolithografie-Drucker nach. Dazu wurde eine Partnerschaft mit der Materialwissenschaftsfirma DSM eingegangen, dessen „Somos“-Harze für die neue Maschine entworfen wurden. Als Alleinstellungsmerkmal des V650 Flex hebt Stratasys die Kombination aus der Leistung eines großformatigen Systems und der konfigurierbaren Umgebung des Druckers hervor. Von Carbon kam Anfang des Jahres das L1 Digital Light Synthesis-System. Die DLS-Technologie wird von Carbons CLIP-Prozess angetrieben – einem photochemischen Prozess, der digitale Lichtprojektion, sauerstoffpermeable Optik und programmierbare Flüssigharze nutzt, um Bauteile zu fertigen. Die Vorzeige-Anwendung der neuen Technologie war die Produktion von auf einzelne NFL-Spieler angepasste Helmeinlagen für den SpeedFlex Precision Diamond Helm. Das dafür eingesetzte sehr dämpfende Elastomer-Material war für diesen Zweck ideal. Die Technologie kam ebenfalls bei Adidas zur Herstellung von Zwischensohlen für den „Futurecraft 4D“Sportschuh zur Anwendung.

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EXTRUSION Im Dezember 2018 eröffnete MakerBot mit dem Method eine neue Kategorie: das „Performance 3D Printing“. Die Maschine soll die Lücke zwischen Desktop-Druckern und industriellen 3D-Maschinen schließen, indem sie die von Technikern benötigte Präzision und Verlässlichkeit industrieller Drucker mit der Erschwinglichkeit von Desktop-Maschinen verbindet. Der Method verfügt über einen Dual Performance Extruder zum gleichzeitigen Druck von Objekt und Stützmaterial und einen umlauferhitzten Bauraum, sodass die Temperatur über die gesamte Fläche des Objekts gleichmäßig gehalten werden kann, statt nur das Druckbett zu erhitzen. Laut MakerBot kann damit mitunter die doppelte Druckgeschwindigkeit eines gängigen Desktop-Systems erreicht werden. In diesem Drucker der Stratasys-Tochter stecken je 15 MakerBot- und 15 Stratasys-Patente. Auch von BigRep gab es neue Maschinen – Ende letzten Jahres die Drucker BigRep Pro und BigRep Edge, und dann 2019 den Studio G2. Die ersteren beiden setzen die Metering Extruder Technology (MXT) von BigRep ein, welche bessere Kontrolle über die Menge und Geschwindigkeit des extrudierten Materials verspricht. Der Pro hat einen Bauraum mit einer Größe von einem Kubikmeter und ist unter anderem mit ASA, ABS, und Nylonmaterial kompatibel. Der Edge druckt High End- und Hochleistungsmaterialien im Großformat, verfügt über eine erhitzte Baukammer und kontrollierte Temperaturumgebung. Der Studio G2 bietet laut BigRep „bislang

PULVERBETTFUSION / BINDER JETTING Im September 2018 wurde von HP der Metal Jet bekannt gegeben – ein Drucker mit Binder Jetting-Technologie auf Voxel-Niveau, der auf der Architektur

unerreichte Geschwindigkeit und Druckauflösung“ für die additive Fertigung im Großformat. Er verfügt über einen 500 mm x 1000 mm x 500 mm großen, komplett geschlossenen Druckraum, ein bis zu 100°C schnell aufheizbares Druckbett sowie eine temperaturregulierte FilamenteKammer. Zwei 0,6 mm messende Ruby-Düsen ermöglichen zudem den Druck mit Materialien wie z.B. PA6/66 und Schichthöhen von nur 0,1 mm.

der Multi Jet Fusion-Drucker aufbaut. Mit kostengünstigen Spritzgusspulvern und einem Bindemittel werden im 430 x 320 x 200 mm großen Bauraum Grünlinge gefertigt und dann in einem Ofen gesintert. Im Mai dieses Jahres gab es dann eine größere Ankündigung, als HP mit der neuen pulververarbeitenden Jet Fusion 5200-Maschine ein auf mittelgroße Serienfertigung angelegtes System herausbrachte. Dieses System stellt

eine Gesamtlösung dar, die sich vom Design und der Optimierung über Produktionssimulation, Druck und Nachbearbeitung erstreckt. Im Software-Bereich arbeitete HP mit Siemens zusammen, um seine digitale Fabrik zusammenzustellen. Die neue Serie umfasst die Modelle 5200, 5210 und 5200 Pro. Die Technologie wurde bereits von Partnern und Kunden wie Jaguar Land Rover, Materialise und Sculpteo getestet.

Der im September 2018 angekündigte M 300-4 ist das erste System der neuen M 300 Serie von EOS. Als Nachfolger des EOS M290 nutzt auch dieser Drucker die Direct Metal Laser Sintering-Technologie des AMRiesen. Das System ist modular, automatisiert, und konfigurierbar, verfügt über einen Bauraum von 300 x 300 x 400 mm Bauvolumen und bis zu vier Laser. Die Flexibilität des Systemaufbaus wurde von EOS als einer der Vorteile des neuen Modells hervorgehoben, das auch mit der EOS-Software Shared Modules kompatibel ist. Mögliche Anwendungen finden sich unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, Industrie, Medizin, Werkzeugbestückung und im Automobilbau.

Das Sapphire-System von Velo3D ist ein im August 2018 erschienenes LaserPulverbett-Metall-Drucksystem für großvolumige Herstellung. Velo3D hob hervor, dass es für komplexe Geometrien geeignet sei, einschließlich Entwürfen mit

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weniger als 5 Grad Überhang und großen Innendurchmessern ohne Stützstruktur. Das System basiert auf der sogenannten Intelligent Fusion Technology, welche den AM-Prozess durch die Kombination von thermaler Prozesssimulation,

Druckprognose und Regelung mit geschlossener Rückführung optimiert. Dieses Konzept steckt auch in der zum gleichen Zeitpunkt bekannt gegebenen Flow Print Preparation Software von Velo3D.

Neue Technologie PULVERBETTFUSION / BINDER JETTING Von Impossible Objects gab es im Mai 2019 den CBAM2. Der Prozess des Unternehmens heißt Composite Based Additive Manufacturing (CBAM). Dabei werden Polymere mit Carbon- oder Glasfaser-Schichten kombiniert, um mit hoher Geschwindigkeit Verbundbauteile zu produzieren, die stärker, leichter und haltbarer als mit konventionellen 3D-Druckmethoden gefertigte Teile sein sollen und zudem bessere Temperaturleistung bieten. Der CBAM-2 ist nach dem Vorgänger Model One die zweite Maschine, welche die patentierte Technologie von Impossible Objects einsetzt.

NEUE PROZESSE Der neueste Drucker des deutschen Herstellers German RepRap, der L320, erschien im Juli 2019 und arbeitet mit Liquid Additive Manufacturing (LAM), einem Prozess, bei dem flüssiges Silicon unter Hitze vulkanisiert wird. Dies resultiert in fest miteinander verbundenen Schichten; laut German RepRap haben die gedruckten Bauteile fast die gleichen Eigenschaften wie durch Spritzguss gefertigte.

NACHBEARBEITUNG Das PostPro3D System von AMT erblickte im September 2018 das Licht der Öffentlichkeit. Das System ist eine oberflächenglättende Maschine für 3D-gedruckte Teile aus Elastomer und Nylon. Im April 2019 wurden dann zwei weitere Produkte vorgestellt, der PostPro3DColor für farbige Teile und der PostPro3DMini für kleinformatige Anwendungen. Wie auch der PostPro3D nutzen sie die firmeneigene Boundary Layer Automated Smoothing Technology, kurz BLAST, für Anwendung in der Massenproduktion in einer Vielzahl von Industrien, von der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Schuhproduktion.

SOFTWARE Dyndrite kündigte nach 3,5 Jahren Entwicklung im März 2019 den Dyndrite Accelerated Geometry Kernel (AGK) an, die erste GPUangesiedelte Geometrie-Engine. Außerdem wurde das Dyndrite Additive Toolkit, die erste auf dem Kernel erstellte Anwendung, bekannt gegeben. Der Kernel kann leicht mit spezifischen Berechnungen für die additive Fertigung umgehen, wie etwa der Generation von Gittern, Stützstrukturen und Schnitten, und reduziert die Rechnerzeit mitunter von Stunden oder Tagen auf Minuten oder Sekunden.

Der S-MAX ProTM von ExOne ist ein Sanddrucker, der im Juni 2019 bei der Gießerei-Fachmesse (GIFA) in Düsseldorf vorgestellt wurde. Mit Binder Jetting-Technologie kann der vollautomatisierte, größenanpassbare 3D-Drucker bis zu 135 Liter Material pro Stunde verarbeiten. Laut Hersteller zählen der neu entwickelte hocheffiziente Druckkopf und der vollautomatisierte Recoater zu den besonders nennenswerten Eigenschaften der Maschine. Wie HP arbeitet auch ExOne mittlerweile mit Siemens zusammen, um seine Software für die „Industrie 4.0“ zu optimieren.

Das im Mai erschienene Rapidia-System des im kanadischen Vancouver ansässigen Unternehmens Rapidia druckt Metallteile aus einer Metall-Paste auf Wasserbasis. Die Fertigung besteht aus zwei Schritten, wobei die Teile direkt aus dem 3D-Drucker in den Sinterofen kommen, ohne dass die Bauteile mit chemischem Lösemittel behandelt werden müssen (Entbindern) – üblicherweise ein zeitaufwändiger Schritt. In Kombination mit weiteren zeitsparenden Innovationen ermöglicht dies bis zu doppelte Geschwindigkeiten im Vergleich mit anderen metallbindenden und Laser nutzenden additiven Fertigungsprozessen.

Die Solukon Maschinenbau AG & Siemens gaben ebenfalls im September letzten Jahres ihr SFM-AT800S Smart Depowdering System bekannt. Das System bietet neue Entwicklungen im Bereich Smart Functionality zur effektiven Entfernung von Metallpulver, das in 3D-gedruckten Teilen mit komplexen internen Geometrien stecken bleibt. Die Maschine hat zwei rotierende Servomotor-Achsen und wurde von Solukon in enger Zusammenarbeit mit Siemens entwickelt, um die Säuberung von AM-Teilen mit hoher Komplexität zu verbessern – zum Beispiel bei Wärmeaustauschern und Einspritzdüsen.

Von Markforged kam im Mai dieses Jahres Blacksmith, eine von Künstlicher Intelligenz angetriebene Software, welche Fertigungsmaschinen dazu bringt, die Programmierung automatisch anzupassen, sodass jedes Bauteil nach Entwurf produziert wird. Die steigende Präzision von 3D-gedruckten Teilen soll mithilfe einer durchgehenden Feedbackschleife erzielt werden, durch die der 3D-Drucker sich seines Druckobjekts „bewusst“ wird. „In den letzten 100 Jahren haben Maschinen kein Bewusstsein darüber gehabt, was sie erschaffen, und konnten leicht Millionen von Dollar verschwenden, indem sie Teile produzierten, die nicht den Spezifikationen entsprachen. Wir ändern daran etwas, indem wir die bauteilproduzierenden Maschinen mit den kontrollierenden verbinden, mithilfe einer leistungsfähigen KI“, kommentierte Greg Mark, CEO von Markforged, die Software.

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TCT CONFERENCE @ FORMNEXT – DIE KONFERENZHIGHLIGHTS BEI DER TCT CONFERENCE @ FORMNEXT VERSAMMELN SICH JEDES JAHR INTERNATIONAL ANGESEHENE ORGANISATIONEN, INDUSTRIEEXPERTEN, RENOMMIERTE AKADEMIKER UND MARKTANALYTIKER, UM FORTSCHRITTE IN 3D-TECHNOLOGIE, -DESIGN UND -TECHNIK UND DEREN AUSWIRKUNGEN AUF DIE FERTIGUNGSWELT ZU BESPRECHEN. UNSERE KONFERENZORGANISATOREN WÄHLEN DIE REFERENTEN SORGFÄLTIG AUS, UND HABEN WIEDER EINMAL EIN DYNAMISCHES 4-TÄGIGES PROGRAMM ZUSAMMENGESTELLT. AUF DEN FOLGENDEN SEITEN FINDEN SIE EINIGE VIELVERSPRECHENDE PROGRAMMPUNKTE DER KONFERENZ.

TAG 1 – DIENSTAG 19. NOVEMBER 10:00 – 10:30, Bühne 1/2 Maximilian Meixlsperger, Head of Additive Manufacturing Metal, BMW Group Keynote: „Additive Manufacturing in Industrial Production” Die additive Fertigung ist als Mittel für Prototypenherstellung, Funktionalitätssicherung sowie Anpassung und Produktion in kleinen Volumina weit verbreitet. Bei der Öffnung additiver Fertigungsverfahren für die Nutzung in mittelgroßer und großvolumiger Produktion sowie für weitere Anwendungen gibt es jedoch Herausforderungen zu überwinden. Um diese Herausforderungen sowie um das Potenzial der additiven Fertigung für die Automobilindustrie geht es in Maximilian Meixlspergers Präsentation. Aus der Perspektive der BMW Group wird er mögliche Ansätze und notwendige Entwicklungen bei der Bewältigung von Hürden auf dem Weg zur industriellen Nutzung aufzeigen.

10:30 – 11:00, Bühne 1/2 Andreas Henneberg, Specialist New Manufacturing Technology, Research Cabin, Diehl Aviation Keynote: „The Potential of Additive Manufacturing for the Aircraft Cabin” Trotz der Vielfalt von heutzutage verfügbaren additiven Fertigungstechnologien ist die Anzahl der in Serie produzierten Bauteile für Flugzeuginnenräume relativ gering. Aufgrund strikter und stringenter Luftfahrtanforderungen gibt es nur wenige zertifizierte Prozesse und Materialien in der additiven Welt. Der Anteil additiv gefertigter Teile steigt jedoch langsam an. Als zertifizierte Designorganisation optimiert Diehl Aviation die Vorteile für Kabinen-Innenteile. Das Unternehmen produzierte kürzlich das größte vollständig 3D-gedruckte Flugzeugteil für ein Passagierflugzeug – einen Curtain Comfort Header. Das Teil umschließt die Vorhangschiene für den Vorhang zwischen verschiedenen Passagierklassen und kann bis zu 1140 x 720 x 240 mm messen. Die Präsentation wird auf dieses Projekt eingehen und sich zudem mit dem Potenzial für die additive Fertigung in der Flugzeugkabine beschäftigen. 11:45 – 12:15, Bühne 2 Eric Barnes, Fellow, Northrop Grumman Geschäftliche und wirtschaftliche Erwägungen: „Approach for Additive Manufacturing Development and Implementation at Northrop Grumman“ Die Northrop Grumman Corporation kann auf langjährige Entwicklung sowie den Einsatz von additiver Fertigung in der Produktion zurückblicken, sowohl für Herstellungssupport als auch flugbereite Hardware. In dem Vortrag von Eric Barnes geht es um die Reifung von NGC, von den frühen 90er Jahren, in denen das

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Formnext

Unternehmen World Rapid Prototyping Awards gewann, bis heute, wo wir beim Gesprächsthema der Polymer- und Metallbauteile für Luft- und Raumfahrt landen. Es werden Methoden und Ansätze für die Definition, Entwicklung und Qualifizierung von AMTechnologien für die Produktion diskutiert, Geschäftsszenarien von mehreren US-amerikanischen Verteidigungsprogrammen vorgestellt, sowie das Potenzial von aufkommenden additiven Fertigungstechnologien für Flugzeugbauteile ins Auge gefasst. TAG 2 – MITTWOCH 20. NOVEMBER 10:00 – 11:00, Bühne 1/2 Phil DeSimone, Chief Customer Officer, Carbon Inc. Keynote: „The Future of Product Innovation: How Companies are Using Digital Manufacturing to Make Breakthrough Products” In seiner Position als Chief Customer Officer bei Carbon arbeitet Phil DeSimone mit einigen der weltweit größten Unternehmen in zahlreichen Industrien zusammen, darunter Verbraucherprodukte, Automobilbau und Gesundheitswesen. In seinem Vortrag wird er Beispiele und Einsichten zur Anwendung des Digital Manufacturing durch Hersteller vorstellen und darauf eingehen, wie dieses genutzt wird, um neue Entwürfe schneller zu testen und bahnbrechende Produkte schneller in den Markt einzuführen. Als Beispiel aus der Praxis wird ein führender Fahrradhersteller seine Erfahrungen mit dem Digital Manufacturing schildern – dieses hat dem Unternehmen geholfen, innovative Produkte doppelt so schnell auf den Markt zu bringen. Ebenso wird ein Vertragshersteller praktische Einsichten beisteuern. 13:15 – 13:45, Bühne 2 Kwasi Ayarkwa, Research Engineer, Fusion Welding, Manufacturing Technology Centre Materialien und Prozesse: „The Present State and Future Prospects of Large Scale Aluminum Additive Manufacture”

15:30 – 16:00, Bühne 1 Alex Kingsbury, Industry Fellow – Additive Manufacturing, RMIT University Gesundheitswesen: „Global Adoption of Patient-Specific Implants – Research that Addresses the Challenges” Mit additiver Fertigung ist es mittlerweile möglich, patientenspezifische Implantate zu fertigen, die perfekt an die Anatomie des Patienten angepasst sind und letztendlich zu kürzeren OP-Zeiten, niedrigeren Infektionsraten und niedrigeren Revisionsraten führen. Obwohl sie bessere Ergebnisse für Patienten versprechen, gibt es auch bei patientenspezifischen Implantaten Herausforderungen, sowohl technischer als auch kommerzieller Art. Zudem existieren schwerer definierbare Hürden in der Innovation und bei der Akzeptanz. Dieser Vortrag wird hervorheben, wie Forscher an der RMIT University in Melbourne mit globalen Partnern und visionären Chirurgen zusammenarbeiten, um weltweit führende Forschungsergebnisse im Bereich technischer, kommerzieller und sozialer Hindernisse für die globale Adoption patientenspezifischer Implantate zu produzieren. TAG 3 – DONNERSTAG 21. NOVEMBER 15:00-15:30, Bühne 1 Anne Rathje, Additive Manufacturing Process Engineer, Baker Hughes – A GE Company Industrielle Herausforderungen: „All Quality Control – Build Job Monitoring with Near-Net-Shape Specimens” Die Fertigung komplexer, individualisierter Teile zu akzeptablen Kosten ist einer der Hauptvorteile additiver Fertigungstechnologien. Direct Metal Laser Melting (DMLM) ist

Wire + Arc Additive Manufacture (WAMM) zieht weiterhin großes Interesse aus der Industrie an, vor allem aus den Automobilund Verteidigungssektoren, wo mittelgroße bis großformatige Aluminiumkomponenten gebraucht werden. Endnutzer und Hersteller treiben die Technologie weiter voran, um mit WAMM robuste und stabile Aluminiumbauteile zu fertigen. Die Präsentation von Kwasi Ayarkwa schaut auf aktuelle WAMM-Prozesse, die für die Fertigung von Aluminiumbauteilen verwendet worden sind. Ein Überblick der Herausforderungen bei der Verarbeitung wird zudem dabei helfen, das Bereitschaftsniveau der Technologien

besser einzuschätzen. Neue Herstellungsmethoden für Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe und die einhergehenden Herausforderungen werden ebenfalls angesprochen.

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bei der Herstellung von metallischen Komponenten von großem Interesse. Die Individualisierung stellt jedoch eine Herausforderung dar, weil die Qualität und Konsistenz jedes einzelnen produzierten Teils sichergestellt werden muss, oft anhand von mechanischen repräsentativen Probestücken, für die laut den technischen Standards ein zerspanter Oberflächenzustand notwendig ist. In diesem Beitrag wird die Auswirkung der Oberflächenqualität von mit DMLM gefertigten spannbaren und Charpy-Proben vorgestellt, indem die mechanischen und Oberflächeneigenschaften im roh gefertigten und zerspanten Oberflächenzustand verglichen werden. Anhand der Resultate soll die Nutzbarkeit von endkonturnahen Probestücken für das Build Job Monitoring bei AM-Technologien, -Maschinen und -Materialien eingeschätzt werden. 11:45 – 12:15, Bühne 2 Philipp Stoll, Scientific Assistant, inspire AG, icams Angewandte Forschung: „Sensor Integration in Plastic and Metal AM Parts Based on Two Industrial Use Cases” Die schichtende Arbeitsweise des 3D-Drucks macht die Integration von Sensoren in die Komponente während des Fertigungsprozesses möglich. Dieser Ansatz ist für verschiedene Industriesektoren interessant, da Sensoren-Integration ein Schlüsselfaktor für die Industrie 4.0 und Digitalisierung ist. Der Vortrag von Philipp Stoll stellt basierend auf zwei industriellen Anwendungsfällen die Machbarkeit der Integration von Sensoren vor, sowohl in Kunststoff- als auch in Metallteilen. Im ersten geht es um die Integration von Temperatur- und Positionssensoren bei der Produktion eines Edelstahlbauteils durch Selektives Laserschmelzen. Der zweite schaut auf ein in PA12 durch Selektives Lasersintern gefertigtes Gehäuse mit integriertem Beschleunigungssensor. Industrierelevante Teile, das allgemeine Potenzial, sowie Vorteile und Herausforderungen der Integration von Sensoren durch AM sollen hier schlussgefolgert werden.

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TAG 4 – FREITAG 22. NOVEMBER 10:00 – 10:30, Bühne 1/2 Pia Gausemeier, Head of Strategic Production Technology / Head of Information Technology – Plant Bielefeld, Miele & Cie Keynote: „3D Printing at Miele” Der 3D-Druck verspricht bei kleinen Stückzahlen sowohl verbesserte Funktionsfähigkeit als auch Kostenvorteile. Bei der Umsetzung dieser Technologie ist es jedoch wichtig, realistische Erwartungen beizubehalten. Bei Miele wird der 3D-Druck als nützliche Ergänzung zum Portfolio der Fertigungstechnologien angesetzt. Dieser Keynote-Vortrag wird prüfen, wie das Unternehmen den 3D-Druck heute bei seinen Produktanwendungen einsetzt und die zukünftigen Möglichkeiten erkunden. Pia Gausemeier, Head of Information Technology bei Miele, wird ebenfalls ansprechen, welche organisatorischen und prozeduralen Änderungen notwendig sind, um die Technologie voll auszuschöpfen. Der Vortrag wird sich auf Konzepte konzentrieren, die auf Designabteilungen anwendbar sind, aber ebenfalls skalierbare Produktionskonzepte ins Auge fassen, die in Zusammenarbeit mit Ultimaker umgesetzt wurden. 10:30 – 11:00, Bühne 1/2 Mark Chisnell, Technology Coordinator, INEOS TEAM UK Keynote: „Race to Innovate: Metal Additive Manufacturing for Lightweight, Highly Complex Race Boat Structures” Der America’s Cup ist die älteste internationale Sporttrophäe, und wurde noch nie nach Großbritannien geholt. Das INEOS Team UK widmet sich dem Zweck, die Segeltrophäe 2021 zu gewinnen – mit einem 23 m langen Einrumpf-Rennboot, in dem das beste britischer Technologie steckt. Mark Chisnell wird in seiner Präsentation vorstellen, wie Renishaw dabei hilft, das Design und die Fertigung von 3D-gedruckten Metallteilen zu optimieren, beispielsweise den Mastfuß für das Testboot des Teams. Dieses additive gefertigte Teil verbindet den Mast und den Rumpf durch eine artikulierende Fassung und muss einer Druckbelastung von mehr als drei Tonnen standhalten können. Es wird additiv aus Titan 6Al 4V gefertigt – das Material wurde aufgrund des Verhältnisses von mechanischer Kraft und Gewicht ausgewählt. Die additive Fertigung bietet hier Vorteile im Bereich Gewichtseinsparung, Produktionsgeschwindigkeit und der Fähigkeit, in kurzem Zeitraum zahlreiche Iterationen zu durchlaufen, um bei einem kritischen Strukturteil optimierte Leistung zu erzielen.