Stratasys Messestand, Bild: ke NEXT / jl

3D-Drucken am laufenden Band, wie man das koordiniert bekommt, zeigte Stratasys auf seinem Messestand auf der Formnext. Bild: ke NEXT / jl

Gerade einmal eine Halle des Frankfurter Messegeländes (und seit diesem Jahr auch das zweite Stockwerk eben dieser Halle) hat die Formnext 2017 eingenommen. Und doch hat sie es geschafft, hier die Branchengrößen der additiven Fertigung zu vereinen (von den Pionieren Stratasys und 3D Systems über Größen des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus wie Siemens und Trumpf hin zu Softwareriesen wie Autodesk, waren hier alle versammelt). Jedoch abgesehen von diesem Name dropping, mit dem sich die Messe natürlich schmücken kann, bot sie auch ein gutes Spiegelbild dessen, was gerade in der Branche passiert – beziehungsweise dass hier etwas passiert.

So, wie man als Anfang- bis Mittdreißiger langsam erwachsen wird, tut das auch der 3D-Druck: Die Technologie, deren Geburt in den 80er-Jahren lag, ist langsam ihren Kinderschuhen entwachsen und wirkt seriöser. Man möchte sich mehr und mehr auf die Industrie zubewegen. Im B2C-Bereich kann man gut auf Drucker setzen, die immer schneller immer interessantere Figuren drucken können – bei fallenden Preisen, versteht sich. Kriterien, auf die auch die B2B-Welt Wert legt, die jedoch nicht ausreichen. Für diese Kunden müssen die Hersteller mehr Anforderungen gerecht werden.

Dazu hat sich beispielsweise GE Additive im Rahmen seines Projektes Atlas (Additive Technology Large Area System) Gedanken gemacht. Der Unternehmensbereich hat erkannt, dass das One-size-fits-all-Prinzip auch im 3D-Druck nicht zutrifft. Daher ist das Zauberwort „Scalability“. An dem neuesten Drucker des Unternehmens, der sich für den laserbasierten Pulver-Metall-3D-Druck eignet, haben die Entwickler von Concept Laser (das seit 2016 mehrheitlich zu GE gehört) die letzten neun Monate gearbeitet. Sein Vorteil: er soll durch seine Skalierbarkeit auf die Bedürfnisse verschiedenster Brachen anpassbar sein. Dazu spielt er in der Meterklasse mit, da sich seine Z-Achse auf mehr als einen Meter erweitern lässt. Damit ist er prädestiniert für Branchen, die große Metallteile mit komplexen Geometrien fordern.

Das Leben mit dem 3D-Druck wird leichter

Wenn man neben konventionellen Fertigungsverfahren neue etablieren möchte, sollten sie einem das Leben irgendwie auch leichter machen. Zum Beispiel Konstrukteuren. Sie können ab sofort von den Weiterentwicklungen im 3D-Druck profitieren. Darum hat sich Materialise gekümmert. Nachdem es für einen 3D-Drucker zwar möglich ist, jede nur erdenkliche – oder durch eine Software generierte – Geometrie zu drucken, können diese entsprechend komplex werden und verlangen nach Stützstrukturen, die während des Druckvorgangs für die Stabilität des Bauteils sorgen.

Diese Strukturen bedeuteten für Konstrukteure im Metall-3D-Druck einen zusätzlichen hohen Zeitaufwand. Mit der Software „e-Stage Metal“ dauert der Vorgang der Stützstrukturentwicklung nur wenige Sekunden – anstelle von bis zu über einer Stunde. Damit entfällt ein lästiges Beiwerk der Teilekonstruktion und wird ersetzt durch eine Lösung, die nur einen Klick vom Anwender verlangt – eine 1-Click-Lösung. Das erinnert an den 1-Click-Buy-Button von Amazon und genauso einfach wie der Einkauf mit nur einem Klick, soll auch die Lösung von Materialise sein.

Messeexponat Formnext 2017, Bild: ke NEXT / jl
Diese Teile sind unter Einsatz der Software e-Stage Metal von Materialise entstanden. Bild: ke NEXT / jl

Damit sich die Anwender von additiven Fertigungsverfahren auch bei der Planung ihrer Produktion nicht weiter den Kopf zerbrechen müssen, hat Stratasys ein System entwickelt, das derzeit unter dem Projektnamen „Continuous Build 3D Demonstrator“ (kurz CB3DD) firmiert. Das modular aufgebaute FDM-System für die 3D-Fertigung sorgt dadurch, dass es die verfügbaren Druckeinheiten vernetzt dafür, dass immer die geforderte Auslastung erreicht wird. Das System verteilt also Druckaufträge innerhalb der Druckerflotte eines Unternehmens – und das weltweit. Wichtig für Andy Middleton, EMEA President bei Stratasys: „Es ist eine cloudbasierte Software. Und das ist eigentlich der Kern.“

In der Cloud werden die digitalen Datensätze der Aufträge gespeichert, die gefertigt werden sollen. Verbunden ist die Cloud mit den Ausgabeeinheiten – und hier ist es egal, ob es sich um fünf, zehn oder 100 Drucker handelt und für die intelligente Software ist es auch egal, wo sich die Drucker befinden. Nachdem feststeht, was für ein Teil in welchen Mengen gedruckt werden soll, übernimmt die Software. Sie weiß, welcher Drucker gerade welches Teil in welchem Material druckt. So können Unternehmen sehr flexibel auf Nachfrageschwankungen reagieren. Das große Ziel von Stratasys: seine Kunden von Lagerbeständen – etwa für Ersatzteile – zu befreien. Das große Schlagwort: Manufacturing on Demand. Derzeit läuft der Demonstrator bei einigen Testkunden, die Kommerzialisierung soll 2018 erfolgen.

Continuous Build 3D Demonstrator, Bild: Stratasys
Mit der cloudbasierten Software "Continuous Build 3D Demonstrator" von Stratasys werden Druckaufträge für eine ganze Druckerflotte geplant. Bild: Stratasys

Mehr als nur eine Maschine

Aber auch die Maschinen verbessern sich und das Thema Geschwindigkeit begleitet die Branche weiterhin. Abhilfe wollen EOS und Trumpf leisten, die in ihre neuen Drucker zwei (EOS) beziehungsweise drei (Trumpf) Laser eingebaut haben.

Der EOS P 500 ist ein neuer Drucker auf der Basis des Laser-Sinterns. Eine höhere Druckgeschwindigkeit soll er über zwei Features erreichen, zum einen durch seine zwei parallel arbeitenden 70-Watt-Laser und zum anderen durch seinen extrem schnell arbeitenden Beschichter, der mit 0,6 m/s Werkstoff aufträgt. Zusammen mit seinem großen Bauraum soll er in der industriellen Serienfertigung eingesetzt werden.

Trumpf setzt noch einen Laser oben drauf: Der TruPrint 5000 arbeitet mit drei scannergeführten 500-Watt-Lasern gleichzeitig. Das macht ihn zu einer sehr produktiven 3D-Druck-Anlage im Mittelformat für Metallbauteile. Hinzu kommt, dass bei diesem Drucker – anders als bei anderen Multilaserkonzepten – die Laser nicht auf definierte Bereiche in der Prozesskammer begrenzt sind.

Teil gedruckt mit TruPrint 5000, Bild: Trumpf
Sind alle Prozessparameter eingestellt, benötigt der TruPrint-5000-Drucker nur noch ein Drittel der Belichtungszeit pro Baujob. Bild: Trumpf

Und doch muss die Branche immer weiter über den Tellerrand – in diesem Fall ihre 3D-Drucker – hinausschauen. Mit der Maschine alleine kann eine industrielle Fertigung nicht am Laufen gehalten werden. Auch ein Drucker-Fuhrpark ist in vielen Fällen nicht die Lösung. Vielmehr müssen die Drucker als ein Teil der Fertigungsumgebung gesehen werden.

Trumpf stellt daher nicht nur die für den 3D-Druck benötigten Maschinen und Anlagen sowie die dazu passenden Laserstrahlquellen samt aller optischen Komponenten her, sondern hat auch die notwendige Technologie-, Prozess- und Digitalisierungskompetenz im Haus um die Geräte in eine Fertigung einzubinden. Und damit differenziert sich das Unternehmen von den vielen 3D-Drucker-Herstellern, die in manchen Fällen nur ihre Maschinen weiterentwickeln - nicht aber an die Integration ihrer Maschinen in eine Fertigungsumgebung denken. Trumpf setzte daher mit seinem Messeauftritt auch auf den Input seiner potenziellen Kunden und stellte auf einer großen Tafel die Frage „What are your needs?“ – „Was benötigen Sie?“.

Nur konsequent scheint auch der Schritt zu sein, sich einen erfahrenen Anlagenbauer wie Siemens als Partner ins Boot zu holen. Mit seiner Automatisierungskompetenz agiert das Unternehmen zwar auf der einen Seite etwas mehr im Hintergrund, auf der anderen Seite bietet Siemens jedoch das Know-how, das dem ein oder anderen 3D-Druck-Hersteller für die Industrialisierung seines Verfahrens fehlt. Das Portfolio zeigt sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette – angefangen bei der Design- und Engineering-Software sowie Simulationstools über die passende Hardware für eine komplette Maschinen- und Fabrikautomatisierung bis hin zur Vernetzung der Maschinen mit dem cloudbasierten IoT-Betriebssystem Mindsphere. Dabei adressiert Siemens Maschinenbauer und Anwender von Additive Manufacturing gleichermaßen.

Da geht noch was

Mit additiven Fertigungsverfahren lässt sich heute bereits vieles umsetzen und einige stellen (für gewisse Anwedungsbereiche) bereits Alternativen zur konventionellen Fertigung dar. Jedoch ist die Technologie noch lange nicht soweit, wie viele sie gerne hätten. Es gibt durchaus noch Visionen. Eine davon fängt Stratasys gerade an, umzusetzen: Den Voxel-Druck. Voxel sind das 3D-Pendant zum Pixel in der Fotografie. Begibt man sich im Druck auf diese Ebene, können Farben und Materialeigenschaften von Voxel zu Voxel variieren. Einige Quadratmillimeter eines Teils können vollkommen biegsam sein, während das restliche Teil aus einem sehr festen Material besteht. Hiermit können Anforderungen an Biegsamkeit oder Festigkeit erfüllt werden, die bisher – durch das Verharren in der „analogen“ 3D-Druckwelt – nicht möglich waren. Das ist auf jeden Fall ein großer Fortschritt für den 3D-Druck, den Stratasys nun als erstes Unternehmen gemacht hat. Aber Andy Middleton sieht die Technik trotz allem noch nicht auf ihrem Höhepunkt. Innerhalb der nächsten fünf Jahre erwartet er noch diverse Durchbrüche.