Technologie: Additive Fertigung

Fertigungsprozesse werden sich durch die additive Fertigung stark verändern. Zahlreiche konventionelle Bearbeitungsverfahren entfallen, ebenso Montagevorgänge. Ihr großer Durchbruch ist bisher allerdings ausgeblieben. Zur Vermittlung der wichtigsten Aspekte stehen in dieser Ausgabe neben einführenden Beiträgen zur additiven Fertigung Herausforderungen in den Bereichen Produktionssysteme, Logistik und Qualifizierung sowie im Bauwesen im Fokus.

Der LearningGripper von Festo entspricht in abstrahierter Weise der mensch-lichen Hand. Die vier Finger des nachgiebigen Greifers werden von zwölf pneumatischen Balgaktoren mit Niederdruck angetrieben. Mittels Machine-Learning-Verfahren ist er in der Lage, eine komplexe Handlung wie das Greifen und Orientieren eines Gegenstands selbst zu erlernen. Anhand des LearningGrippers zeigen wir, wie in der Produktion der Zukunft die Entwicklung eines solch komplexen Systems beschleunigt werden kann. Darüber hinaus kann der gezielte Einsatz von Machine Learning Algorithmen die Effizienz ganzer Anlagen verbessern.

Die additiven Fertigungsverfahren entwickeln sich immer mehr vom Rapid Prototyping zum Additive Manufacturing (AM), das ein herausragendes technologisches und ökonomisches Potenzial für eine Vielzahl von Branchen bietet. Besonders im Bereich der variantenreichen Kleinserienfertigung bieten diese Technologien entscheidende Vorteile wie u.a. die Reduzierung des Bauteilgewichts, die Inte-gration von bisher nicht realisierbaren Zusatzfunktionen und damit die Herstellung von komplexen Geometrien oder Individualbauteilen. Da die Technologien noch verhältnismäßig jung sind, fehlt es bisher in vielen Unternehmen jedoch am konkreten Wissen über die Technologie selbst, deren Möglichkeiten sowie der Kenntnis des Anwendungspotenzials. Zusätzlich werden oft die Kosten als kritischer Erfolgsfaktor für eine flächendeckende Nutzung der Technologie angesehen. Insbesondere der intelligente Einsatz des AM wirkt sich aber positiv auf den späteren ökonomischen Einsatz eines Produkts über den ...

Heutzutage beginnt ein Do it Yourself-Vorhaben einer Privatperson häufig mit einer Fahrt in den Baumarkt, wobei weitere Besuche im Verlauf der Arbeiten häufig nicht auszuschließen sind. Die aktuellen Entwicklungen im Bereich der so genannten 3D-Drucker versprechen hier bereits mittelfristig eine Autonomie des Endanwenders, der sich seine Ersatzteile eigenständig herstellen wird. Doch auch der Industrie steht durch die gegenwärtige Entwicklung des Additive Manufacturing vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing ein wesentlicher Wandel bevor, welcher aufgrund einer Verschiebung des Wertschöpfungsprozesses zwingend ein Umdenken in den Unternehmen erfordern wird. Der vorliegende Beitrag zeigt diesbezüglich den aktuellen Entwicklungsstand der generativen/additiven Fertigungsverfahren auf, beleuchtet die möglichen Konsequenzen für produzierende Unternehmen und soll den Leser bezüglich der neuen Einflüsse und Möglichkeiten sensibilisieren.

Generative Fertigungsverfahren werden heute nicht mehr nur für den Prototypenbau in der Produktentwicklung, sondern zunehmend zur direkten Herstellung von Endprodukten eingesetzt. Wie bei vielen Technologien vor dem Durchbruch findet generative Fertigung von Endprodukten vor allem in Nischenmärkten Anwendung. Wenn die momentanen Grenzen überwunden werden können, haben die Verfahren das Potenzial, Industrien so grundlegend zu verändern, wie MP3 und iPod die Musikbranche. Die Wirtschaftszeitung Economist spricht sogar von der nächsten industriellen Revolution [1]. Dieser Beitrag soll Unternehmen bei der Beantwortung der Frage unterstützen, inwiefern generative Fertigungsverfahren mittel- bis langfristig eine strategische Bedeutung haben.

Zunehmende Bauteilkomplexität und kürzere Produktlebenszyklen stellen hohe Anforderungen an die Flexibilität sowie die Effizienz von Produktionsverfahren. Additive Fertigungsverfahren entsprechen diesem Anforderungsprofil. Bisher sind diese Verfahren im Prototypenbau bzw. Desktop Manufacturing verbreitet. Das hohe Potenzial zur individuellen Fertigung von Kleinserien mittels additiver Fertigungsverfahren wird bislang bedingt durch die geringe Reproduzierbarkeit der gefertigten Bauteile nicht vollkommen ausgeschöpft. Insbesondere pulver- und strahlbasierte additive Fertigungstechnologien bieten hinsichtlich der erzielbaren Bauteilfestigkeiten sowohl mit metallischen als auch polymeren Werkstoffen ein vielversprechendes Einsatzspektrum. Die grundlagenwissenschaftliche Aufarbeitung dieser Prozesse ist das Ziel des Sonderforschungsbereichs 814 - Additive Fertigung. Im folgenden Beitrag werden die Zielsetzung, die Vorgehensweise sowie erste Ergebnisse aus dem SFB 814 aufgezeigt.

Die rasante Weiterentwicklung additiver Produktionsverfahren macht es möglich: Unternehmen können ihren Kunden benötigte und deshalb in der Regel nicht vorrätige Ersatzteile als digitalen Datensatz zum Ausdruck bei zertifizierten Dienstleistern zur Verfügung zu stellen. Damit steigern sie die Anlagenverfügbarkeit bei ihren Kunden, was einen enormen Wettbewerbsvorteil darstellt – selbst für Privatpersonen.

Radio Frequency Identification (RFID) dringt zunehmend in die Fertigung vor und ermöglicht eine Parallelisierung von Informations- und Materialfluss. Dadurch können Fertigungsprozesse mit aktuellen Informationen gespeist und weitere lebenszyklusorientierte Serviceleistungen realisiert werden. Am Beispiel des Produktlebenszyklus von Werkzeugen wird in diesem Beitrag die Ausrüstung von Zerspanwerkzeugen mit RFID-Technologie diskutiert. Eine solche Ausrüstung ermöglicht sowohl die Verbesserung des Werkzeugmanagements als auch die Erbringung innovativer Serviceleistungen (Bestimmung von optimalen Schnittwerten, Logbucheinträge, etc.) über den gesamten Produktlebenszyklus.

Digitale Wasserzeichen wurden zum Schutz digitaler Medien Urheberrechtsverstöße entwickelt. Durch die immer besser werdende Robustheit gegenüber analogen Übertragungen wie dem Drucken von Bildern oder dem Wiedergeben von Videos und Musik eröffnen sich aber auch Anwendungen bei herkömmlichen Gütern. Informationen können nicht wahrnehmbar mit den Gütern verknüpft werden und so einen kaum zu fälschenden und schwer entfernbaren Schutz bieten. Wir stellen am Beispiel von Bildwasserzeichen den Stand der Technik von Verfahren und deren Eigenschaften vor. Besonders eingegangen wird dabei auf dessen Verhalten beim Markieren analog verbreiteter Bilder.