Modulare Anlagenkonfigurationen viel Potenzial
Industrie 4.0-taugliches von Concept Laser
Auf der formnext präsentierte Concept Laser eine neue Maschinen- und Anlagenarchitektur. Das neue, ganzheitliche Maschinenkonzept unter dem Stichwort „AM Factory of Tomorrow“ verspricht ein neues Niveau der AM-Fertigung in Bezug auf Qualität, Flexibilität und Leistungssteigerung. Damit werden schnellere und wirtschaftlichere industrielle Serienlösungen erschließbar. Die Vision wird bald Wirklichkeit: Concept Laser kündigt eine Markteinführung bereits für Ende 2016 an.
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Die bisherigen Lösungen in der Maschinen- und Anlagentechnik am Markt setzten bislang unisono auf Schlagworte wie „mehr Laserquellen“, „mehr Laserleistung“, „schnellere Aufbaugeschwindigkeiten“ oder „Erweiterung der Bauraumgrößen“. Dabei bildete die Anlagentechnik eine „Stand-Alone“-Lösung ohne konsequente Integration ins Produktionsumfeld. Baujobvorbereitung und Baujobausführung liefen sequenziell ab. Concept Laser versucht nun mit einer neuen Anlagenarchitektur die meist quantitativen Absätze durch neue, qualitative Aspekte zu erweitern.
„Im Kern“, so Dr. Florian Bechmann, Leiter F&E bei Concept Laser, „geht es um eine Aufspaltung von Baujobvor-/Baujobnachbereitung und additiver Fertigung in beliebig kombinierbaren Modulen. Mit vergleichsweise großen Bauräumen können Baujobs zeitversetzt durchgeführt werden. Dadurch sollen die „Totzeiten“ bisheriger „Stand-Alone“-Anlagen drastisch reduziert werden. Hier liegen zahlreiche Potenziale zur Verbesserung der Wertschöpfung in der Produktionskette. Im Gegensatz zu rein quantitativen Ansätzen bisheriger Anlagenkonzepte, sehen wir hier einen grundsätzlich neuen Ansatz, um die industrielle Serienfertigung einen Schritt nach vorne zu bringen.“
Die neue Konzeption einer „AM Factory of Tomorrow“
Aktuell entstehen regionale Druckzentren als Dienstleister rund um den Globus. Diese Entwicklung ist gekennzeichnet vom Übergang des „Prototyping“ hin zu einer gewünschten, flexiblen Serienfertigung auf industriellem Niveau. Die AM-Anwender erfahren den Druck klassischer Fertigung: Raumnot, Erweiterung des Maschinenparks, zunehmende Bedienaufgaben und vor allem -zeiten. Im neuen Konzept von Concept Laser werden hierzu interessante Lösungen angeboten: Die Produktion wird von Vorbereitungsprozessen „anlagentechnisch entkoppelt“.
Das Zeitfenster einer AM-Produktion wird auf ein „24/7-Niveau“ gebracht, bei der alle Komponenten höhere Verfügbarkeit erreichen. Ein automatisierter Materialfluss entlastet die Bediener spürbar. Schnittstellen integrieren die Laserschmelzanlage in klassische CNC-Maschinentechnik, wie es z. B. für hybride Teile von Bedeutung ist, daneben aber auch in nachgelagerte Arbeitsschritte (Post Processing / Veredelung).
Entkoppelung von „Pre Production“, „Production“ und Postprocessing
Die neue Anlagenarchitektur ist im Wesentlichen durch eine Entkoppelung von „Pre Production“, „Production“ und „Postprocessing“ gekennzeichnet. Dies beinhaltet unter anderem eine flexible Maschinenbeschickung sowie eine räumliche Trennung der Auf- und Abrüstvorgänge. Zielsetzung war es dabei, die Prozesskomponenten durch Schnittstellen gezielter abzustimmen und die Flexibilität der Prozessgestaltung zu einem ganzheitlichen Ansatz zu erhöhen.
Möglich wird dies durch einen konsequenten modularen Aufbau von „Handling-Stationen“ und „Bau- bzw. Prozess-Einheiten“ der hinsichtlich Kombination und Vernetzung deutlich mehr Flexibilität und Verfügbarkeiten verspricht. Auch wird es möglich sein, die gegebene Materialvielfalt durch eine gezielte Kombination dieser Module besser, und letztendlich wirtschaftlicher, zu handhaben. So kann der Anlagennutzer zukünftig mithilfe der Module sehr genau die Produktionsaufgabe hinsichtlich Bauteilgeometrie oder Material „maßschneidern“. Alles in allem werden Effizienz und Verfügbarkeit des Produktionssystems deutlich erhöht, bei signifikanter Reduktion des Flächenbedarfs. Simulierte Produktionsszenarien haben gezeigt, dass dieser um bis zu 85% im Vergleich zu bestehenden Möglichkeiten reduziert werden kann. Darüber hinaus wird die Laserleistung / m2 um den Faktor sieben gesteigert.
Dr. Florian Bechmann: „Die Aufbaugeschwindigkeiten haben durch die Multilasertechnik enorm zugenommen. Auch die Bauraumgrößen haben beachtliche Zuwächse erfahren. Nun wollen wir durch ein integriertes Anlagenkonzept die Möglichkeiten aufzeigen, wie die Ansätze der „Industrie 4.0“ das Additive Manufacturing als Fertigungsstrategie der Zukunft verändern können. Dort warten zahlreiche Potenziale für ein Plus an industrieller Wertschöpfung und Serientauglichkeit.“
Modulare Prozessstation
Die gezeigte Prozessstation verfügt über einen Bauraum von 400 x 400 x >400 mm3, Laserquellen, Prozessgasmanagement und Filtertechnik sind im Modul integriert, die Schichtstärken liegen im gewohnten Bereich. Zudem verfügt die Anlagenlösung über einen variablen Fokusdurchmesser und wird wahlweise mit 1-, 2- oder 4-Laser-Optik mit unterschiedlicher Laserleistung von 400-1.000W verfügbar sein. Eine gegebene Redundanz der Laser sorgt dafür, dass bei Ausfall eines Lasers die verbleibenden drei Laser immer noch die gesamte Bauplatte abdecken – der Baujob kann trotzdem fertiggestellt werden.
Dr. Florian Bechmann: „Immer mehr Laserquellen erhöhen nur bedingt die zu erwartenden Geschwindigkeiten. Sie erhöhen aber letztlich auch die Komplexität und Abhängigkeiten, was zu Anfälligkeit führen kann, und somit den gewünschten positiven Effekt ins Negative umschlagen lässt.“
Lösungen aus dem Werksbaukasten – die modulare Handling-Station
Die neue Handling-Station verfügt über eine integrierte Siebstation und Pulver-Management. Es werden nun keine Container für den Transport zwischen Maschine und Siebstation benötigt. Entpacken, Vorbereitungen für den nächsten Baujob sowie Sieben finden somit in einem geschlossenen System statt, ohne das der Bediener in Kontakt mit dem Pulver gerät. Der Reiz einer modularen Handling-Station liegt aber auch in den spezifischen Konfigurationen: Eine Handling-Station kann mit zwei Prozess-Stationen zu einer „Fertigungszelle“ verbunden werden. Auch ermöglicht der Werksbaukasten mehrere Handling-Stationen zu einer Materialaufbereitungsanlage zusammenzufügen und räumlich von den Prozess-Stationen zu trennen.
Kombinationen von Modulen aus dem Werksbaukasten
Drei Modultypen kennt der neue Werksbaukasten: Prozessmodul, Dosier-Modul und „Over flow“-Modul, welche in unterschiedlichen Höhen angeboten werden sollen. Bemerkenswert ist die direkte Verknüpfung dieser Module ohne Rohre oder Schläuche sowie deren Identifikation über RFID-Interfaces. Entsprechend ergibt sich ein sicherer Materialstrom bei hohen Materialdurchsätzen bei gleichzeitiger Flexibilität wenn es gilt, unterschiedliche Materialtypen dem Bauprozess zuzuführen und zu verarbeiten.
„Zukünftig“, so Dr. Florian Bechmann, „denken wir an weitgehend automatisierte AM-Fabriken. Den Transport von Material oder ganzen Modulen kann man sich wie fahrerlose Transportsysteme vorstellen. Das könnte dann der nächste Schritt der Weiterentwicklung sein. Die AM-Fertigung kann maximal automatisiert werden.“
Neuartiger 2-Achsen Beschichtungsprozess
Das neue Anlagenkonzept verfügt über ein neuartiges 2-Achsen Beschichtungssystem welches es erlaubt, die Rückfahrt des Beschichters parallel zur Belichtung durchzuführen. Dies führt zu einer wesentlichen Zeitersparnis beim Beschichtungsprozess. Die Beschichterklingen, wahlweise aus Gummi, Stahl oder Carbon, können während des Baujobs automatisch gewechselt werden.
Dies führt zu mehreren Vorteilen so Dr. Florian Bechmann: „Ein automatisiertes Werkzeugwechselsystem, wie in der CNC-Maschinentechnik, verspricht hohe Flexibilität, Zeitvorteile beim Rüsten der Maschine und reduziert den manuellen Eingriff des Bedieners. Wir sprechen hier bewusst von einer „robusten Produktion“.“
Mehr Informationen zu Concept Laser:
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CONCEPT Laser GmbH |
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An der Zeil 8 |
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96215 Lichtenfels |
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Tel.: +49 (0) 9571 / 949-238 |
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Fax: +49 (0) 9571 / 949-239 |
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E-Mail: info@concept-laser.de |
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www.concept-laser.de |
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