Symposium zur Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile

Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA veranstaltet am 5. März ein Symposium zur Nachbearbeitung und Veredelung additiv gefertigter Bauteile. Kein Wunder – die nachgelagerten Prozesse vervierfachen teils die Bauteilkosten.

Produktivität und Bauteilqualität im Additive Manufacturing (AM) hängen in hohem Maß von den Prozessen nach dem 3D-Druck ab. Aktuelle Studien beziffern die Kosten für Nachbearbeitung und Veredelung abhängig von Material, additivem Verfahren und den Nachbehandlungsanforderungen auf 60 bis 300 Prozent der reinen AM-Fertigungskosten. Hinzu kommt der Zeitaufwand der bisher meist manuellen Post-Prozesse und der damit verbundenen Totzeiten: Nicht immer sind sofort Mitarbeiter verfügbar, um die Bauteile aus dem Bauraum zu entnehmen, der notwendigen Wärmebehandlung zuzuführen, überschüssiges Material zu entfernen, Bodenplatte und Stützstrukturen abzutrennen und schließlich die jeweils erforderlichen Prozesse der Oberflächenveredelung vorzunehmen. Besonders dann, wenn mehrere externe Dienstleister involviert sind, kostet dieser Teil der Prozesskette oft Tage oder Wochen – während der eigentliche AM-Prozess eine Sache von Stunden ist.

Seit fast vier Jahren arbeiten in der offenen Arbeitsgemeinschaft Hersteller von AM-Anlagen und deren Zulieferer mit industriellen Anwendern, Fertigungsdienstleistern, Materialherstellern, Automatisierungs- und Softwarespezialisten sowie Vertreter führender Forschungsinstitute zusammen. Gemeinsam treiben sie die die Industrialisierung der jungen Technologie voran. „Einer unserer Schwerpunkte ist die Automatisierung additiver Prozessketten“, erklärt Rainer Gebhardt, der verantwortliche Projektleiter im VDMA und ergänzt: „Gerade im Post-Processing gibt es für unsere Branche jede Menge Herausforderungen. Unser Symposium wird sie benennen und Lösungsstrategien vorstellen“.

Fachvorträge zu Gesamtkette und Einzelprozessen

Beim Symposium im Frankfurter VDMA-Haus werden Vertreter aus Mitgliedsunternehmen sowohl die Gesamtkette als auch Einzellösungen in den Blick nehmen. Alexander Elsen, Head of Innovation der Heraeus Additive Manufacturing GmbH, wird dabei die Notwendigkeit einer übergeordneten Prozessabstimmung darstellen: „Mehr als in jeder anderen Technologie ist im Additive Manufacturing exakte Abstimmung der Gesamtprozesskette gefragt, um das volle Potential zu heben“, sagt er. Der Abstimmungsbedarf reiche von Bauteildesign, Werkstoff- und Pulverauswahl über die komplexe Prozessführung bis hin zu Wärmebehandlung und Nachbearbeitung. Als Materialhersteller habe Heraeus die Zusammenhänge zwischen den Prozessschritten früh erkannt und umfassende Material- und Prozessexpertise aufgebaut. „Damit unterstützen wir unsere Projektpartner und Kunden entlang der gesamten additiven Wertschöpfungskette“, berichtet Elsen.

Dagegen wird Sönke Krebber von der KASTO Maschinenbau GmbH & Co. KG aus Achern den Fokus auf einen Einzelprozess richten: Das Trennen additiv gefertigter Teile aus leicht bis schwer zerspanbaren Werkstoffen von Bodenplatte und Stützstrukturen. Eigens dafür hat KASTO einen Hochleistungs-Bandsägeautomat mit automatischer Wendevorrichtung sowie einer genauen Werkstückpositionierung bei 180 Grad entwickelt. Letzteres führt dazu, dass beim Trennen minimaler Druck auf die oft filigranen AM-Bauteile einwirkt. „Die abgesägten Bauteile fallen in einen entsprechend vorbereiteten Auffangbehälter, um Beschädigungen vorzubeugen. Durch die Kapselung des Arbeitsraumes der Maschine ist eine Gefährdung des Bedieners ausgeschlossen“, erklärt Krebber. Auch biete der Sägeautomat nach Eingabe der Plattenstärke im Sinne höchster Materialeffizienz eine automatische Höheneinstellung des Sägeoberteils.

Chancen und Grenzen der additiven Fertigung

Jonas Koch, Projektingenieur der Rosswag GmbH aus Pfinztal, geht in seinem Vortrag auf die Wärmebehandlung und zerspanende Nachbearbeitung von AM-Bauteilen ein. Auch er betont, dass die Bauteilqualität von der Abstimmung im Gesamtprozess abhängt: „Nur die richtige Kombination aus Fertigungsprozessen, Material und Qualitätssicherungsmethoden führt zum gewünschten Ergebnis“. Design, Materialauswahl, Bauprozess, Nachbearbeitung und Qualitätssicherung seien mehrdimensional miteinander verknüpft. Diese Verknüpfungen und ihre Auswirkungen auf die Bauteilqualität wird Koch in Frankfurt ebenso darstellen, wie die Chancen und Grenzen additiver Verfahren mit Metallwerkstoffen. Als Chance sieht es der Experte, dass der Mehrwert nicht nur im Bauteil, sondern auch im Material liege. Das jedoch bei begrenzter Materialauswahl: „Bisher ist für die additive Fertigung nur ein Bruchteil der kommerziell nutzbaren Metallwerkstoffe verfügbar“, so Koch.

Vielfältige Optionen für optimierte Prozessketten

Weitere Vorträge stellen die Vielfalt der Oberflächenveredlungsverfahren vor. Darunter das elektrochemische Polieren, auf dessen Möglichkeiten und Grenzen im AM-Umfeld Dr. Olaf Böhme von der Münchener Poligrat GmbH abheben wird. Daneben steht mit dem Hammer Peening eine weitere mögliche Nachbearbeitungsmethode für additiv gefertigte Bauteile im Fokus. Dieses elektromagnetisch induzierte Klopfverfahren ebnet raue Oberflächen, härtet deren Randschichten und bringt Druckeigenspannungen tief in Werkstücke ein.

„Der Maschinenbau bietet eine große Vielfalt an etablierten Verfahren zur Nachbearbeitung und Veredelung“, erklärt Gebhardt. Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing bringe die Anbieter solcher Verfahren mit Anwendern aus unterschiedlichsten Branchen zusammen, damit sie einander ihre jeweiligen Lösungen und Anforderungen vorstellen können. Auf dieser Basis gelte es, Lösungsstrategien für industrielle additive Prozessketten zu entwickeln. „In Zukunft wird es darauf ankommen, die heute bekannten Teillösungen zu vollautomatisierten Gesamtlösungen zu verknüpfen. Genau das hat sich unsere Arbeitsgemeinschaft in ihren Arbeitskreisen zur Aufgabe gemacht“, berichtet der VDMA-Experte.

Das Symposium zur Nachbearbeitung und Veredelung findet am 5. März 2018 von 11 bis 16:30 Uhr in der VDMA-Zentrale in Frankfurt am Main statt.