Metallischer 3D-Druck für Serienproduktion von Autoteilen

»Die Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing (AM) für automobile Serienprozesse ist gelungen«. Mit Stolz verkünden 12 Projektpartner, dass dies mit IDAM (Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing) in doppelter Hinsicht geglückt ist. Vor drei Jahren startete das Konsortium aus KMU, Großunternehmen und Forschungsinstitutionen mit dem gemeinsamen Ziel, den metallischen 3D-Druck im Bereich der automobilen Serienproduktion zu revolutionieren. Gleich an zwei Standorten wurde jeweils eine digital vernetzte, vollautomatisierte 3D-Druck-Fertigungslinie aufgebaut und für die automobile Serienproduktion vorbereitet.

Ab sofort können an den Standorten der BMW Group in München sowie bei GKN Powder Metallurgy in Bonn pro Jahr mindestens 50.000 Bauteile in der Gleichteilefertigung bzw. mehr als 10.000 Individual- und Ersatzteile mittels 3D-Druck via Laser Powder Bed Fusion Verfahren (LPBF) kosteneffizient gefertigt werden. Durch die modulare Auslegung des Blueprints dieser Linie kann die Jahresstückzahl beliebig weiter skaliert werden.

In nur drei Jahren – von der Konzeptskizze zur vollintegrierten Fertigungslinie

Gestartet in 2019 transferieren heute fahrerlose Transportsysteme (sogenannte FTS) vollautomatisch die mobilen Baukammern der 3D-Drucker zwischen den Modulen der IDAM-Fertigungslinien. Das Maschinenballett wird orchestriert von einer zentralen Steuerungseinheit, in der auf digitaler Ebene alle Daten der einzelnen Linien-Module zusammenlaufen. Durch den so generierten digitalen Zwilling werden zu jedem Zeit-punkt alle relevanten Fertigungsdaten überwacht – für ein Höchstmaß an Produktivität und Qualität.

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

Vernetzte Fertigungslinien erfordern eng vernetzte Projektpartner

Die Implementierung der Linien erforderte interdisziplinäre Expertise. Mit ihr konnten Digitalisierung, Automatisierung – im Maschinen- und Anlagenbau – in der Bauteilaus-legung sowie im Bereich des metallischen 3D-Drucks realisiert werden. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen unterstützte das Vorhaben durch seine langjährige Erfahrung im Bereich der Additiven Fertigungstechnologien. Den Projektpartnern war schnell klar, dass Lösungen „von der Stange“ den ambitionierten Projektzielen und den damit einhergehenden Produktivitäts- und Qualitätsansprüchen der Automobilindustrie nicht genügen. So musste ein Großteil der Module auf digitaler und physischer Ebene gänzlich neu entwickelt werden. Zudem ist ein erfolgreicher Betrieb der IDAM-Linien nur durch die enge Vernetzung der einzelnen Module möglich – selbiges wurde den Projektpartnern abverlangt. Vom inhabergeführten KMU bis zum Großunternehmen etablierte sich ab dem ersten Projekttag ein Spirit, geprägt vom gemeinsamen Streben nach Erfolg: Voneinander lernen, gemeinsam innovative Lösungen erarbeiten und die individuellen Stärken der einzelnen Partner bestmöglich zu Entfaltung zu bringen – für IDAM waren dies die Schlüssel zum Erfolg.

Quelle und Fotos: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT