innovatiQ überzeugt: 3D-Druck für den Champion der Fabrikautomation

TiQ 5 bei Turck mit 3D-gedruckten Trays. (Bilder: Turck)

Tim Seidler
Experte für 3D-Drucktechnologien im Anlagenbau bei Turck

„Der Einstieg in die Additive Fertigung über die FFF-Technologie war für uns optimal. Diese Technologie hat den Vorteil, dass man einen Einstieg ohne komplizierte und aufwendige Infrastruktur wagen kann.“

Als Spezialist für smarte Sensorik und dezentrale Automatisierung verlagert Turck für seine Kunden die Steuerung und Logik vom Schaltschrank direkt an die Maschine und sorgt nicht nur mit robusten Sensoren und I/O-Lösungen in IP67, sondern auch mit anwenderfreundlicher Software und Services für das zuverlässige Erfassen, Verarbeiten und Übertragen relevanter Produktionsdaten. Und das vom Sensor bis in die Cloud. Michael Kind, Bereichsleiter Betriebsmittel und Konstruktion bei der Werner Turck GmbH & Co. KG in Halver, hält dazu fest: „Automationslösungen von Turck erhöhen die Verfügbarkeit und die Effizienz von Maschinen und Anlagen in zahlreichen Branchen und Anwendungen, von der Lebensmittel-, Pharma- oder Chemieindustrie über die Automobilindustrie und mobile Arbeitsmaschinen bis hin zu Intralogistik und Verpackung.“ Mit branchenspezifischem Anwendungswissen aus dem intensiven Dialog mit Kunden, gepaart mit Elektronikentwicklung und -fertigung auf höchstem Niveau, verspricht das Unternehmen optimale Lösungen für die Automatisierungsaufgaben der Kunden.

3D-gedruckte Haltevorrichtung (graue Platte), ein Betriebsmittel in der Montage bei Turck.

Infos zum Anwender

Die Werner Turck GmbH & Co. KG mit Sitz im sauerländischen Halver ist für die Bereiche Entwicklung und Fertigung innerhalb der Turck-Gruppe verantwortlich. Erst 2012 hat Turck in Halver mit einer neu geschaffenen Betriebsfläche von 13.500 m² zusätzliche Kapazitäten für Forschung, Entwicklung und Produktion sowie ein eigenes, modernes Ausbildungszentrum geschaffen. Der Schwerpunkt der rund 800 Mitarbeiter in Halver liegt auf der kontinuierlichen Weiterentwicklung des innovativen Turck-Programms, vor allem im Sensorbereich.

Höhere Flexibilität

Und auch in der Fertigungstechnologie will man immer spitze sein: Daher entstand 2016 im Betriebsmittelbau bei Turck in Halver die Idee, die Produktionskapazität und -geschwindigkeit für die Betriebsmittel zu erhöhen, schneller bzw. umfassender auf bestimmte Sondervorrichtungen zu reagieren und so die Herstellkosten nachhaltig zu senken. Da Turck sehr viele auf die einzelne Anwendung und den jeweiligen Anwender individuell zugeschnittene Betriebsmittel bzw. Vorrichtungen im Unternehmen bereitstellt, muss die Produktion dieser Vorrichtungen sehr flexibel sein. Diese Flexibilität hat man sich in Halver durch die Anschaffung der 3D-Drucker ins Haus geholt, um sich zusätzlich sehr schnell an Veränderungen in diesem Sektor anpassen zu können.

Gedrucktes Tray (grau) zum Einbringen montagefertiger Komponenten.

FFF als Verfahren der Wahl

Zur Einführung des Additive Manufacturing bei Turck sagt Tim Seidler, Experte für 3D-Drucktechnologien und Anlagenbau: „Wir beschäftigen uns bereits seit 2016 mit der Fertigungstechnologie des Additive Manufacturing. 2019 haben wir uns nach intensiver Marktevaluation für industrielle 3D-Drucker aus dem Hause innovatiQ entschieden, da sich diese in Hinsicht auf soliden Maschinenbau und Preis-Leistungs-Verhältnis als interessant erwiesen haben und mit der gewünschten FFF-Technologie (Fused Filament Fabrication) arbeiten.“

Bei der Fused Filament Fabrication (FFF) wird, vereinfacht gesagt, geschmolzener Kunststoff auf eine Werkplattform aufgetragen. Wie bei jedem 3D-Druckverfahren ist auch hier die Grundvoraussetzung ein druckfähiges, digitales 3D-Modell. Dieses Modell wird von einem Computerprogramm in eine Vielzahl von Schichten zerlegt (slicen). Der flüssige Thermoplast wird durch einen Extruder entsprechend der Schichten des 3D-Modells auf die Werkebene aufgetragen. Sobald das Material abkühlt, härtet es schnell aus. Auf eine ausgehärtete Schicht wird die nächste Schicht des flüssigen Kunststoffs aufgetragen. So entsteht, Schicht für Schicht, das reale Abbild des 3D-Modells.

Besondere Anforderung: Elektrostatik

Die zu fertigenden Produkte werden in verschiedenen EPA-Zonen bei Turck eingesetzt. Diese Zonen ergeben besondere Anforderungen an die Produktqualität. Eine sogenannte Electrostatic Protected Area (kurz EPA) ist ein geschützter Bereich, in dem elektrostatische Aufladungen, die häufig durch Reibungselektrizität entstehen, durch antistatische Ausrüstung verhindert werden. Werden in solchen Bereichen keine besonderen Vorkehrungen getroffen, kann beim Handling von elektronischen Bauteilen so eine Entladung zu irreversiblen Schäden an der Ware führen. Daher war zwingend: Die Verarbeitung sogenannter ESD-Materialien musste möglich sein. Die Abkürzung ESD steht dabei für electrostatic discharge – zu Deutsch elektrostatische Entladung. Die Verarbeitung von ESD-Materialien beugt solchen elektrostatischen Schäden vor. Daher beschränkte Turck in der damaligen Anschaffungsphase das Suchfeld auf Drucker, die ESD-Materialen verarbeiten können. Dabei ist die Arbeit mit solchen ESD-Materialien aufgrund ihres hohen Graphitanteils sehr anspruchsvoll. Der Bauraum verschmutzt dadurch sehr schnell und auch der Instabilität im Druckprozess muss vorgebeugt werden, um ESD-Kunststoff erfolgreich verarbeiten zu können.

FFF war nur der Anfang

Im Bereich FFF-3D-Druck setzte Turck zunächst den X500pro ein und ergänzte diesen später durch einen TiQ 5 aus dem Hause innovatiQ – beide jeweils mit Trocknungsschrank. Tim Seidler führt weiter dazu aus: „Wir haben während unserer Arbeit festgestellt, dass die Additive Fertigung schnell zum Erfolg führt, wenn wir die Vorteile der unterschiedlichen Verfahren speziell für uns nutzen. Der Einstieg in die Additive Fertigung über die FFF-Technologie war für Turck optimal. Diese Technologie hat den Vorteil, dass man einen Einstieg ohne komplizierte und aufwendige Infrastruktur wagen kann. So mussten wir zum Beispiel keine besonderen Raum- und Lüftungsbedingungen erfüllen. Der Start in eine erfolgreiche Nutzung der vielfältigen Möglichkeiten brachte aber auch die Herausforderungen der Additiven Fertigung zutage.“ Ein interessierter und geschulter Mitarbeiter sei die notwendige Grundlage, so Tim Seidler weiter. Herausforderungen in der Konstruktion, das Wissen über Materialeigenschaften und ein gewisses Können bei der Parametrisierung des Drucksystems nennt er als weitere wichtige Faktoren. Nach diesen Erkenntnissen hat man bei Turck gezielt die Fertigkeiten der Mitarbeitenden entwickelt und konnte somit problemlos die additive Technologie um den SLS-3D-Druck erweitern. „Den Bereich SLS-3D-Druck haben wir dieses Jahr aufgebaut und mittlerweile auf zwei Maschinen aufgestockt“, sagt Tim Seidler abschließend.

Da es bei Turck auch Einsatzgebiete außerhalb der EPA-Zonen gibt, in denen die Bauteile einer sehr hohen mechanischen Belastung standhalten müssen, werden Karbon (CF)- oder Glasfaser (GF)-Materialien eingesetzt. Diese Materialien stellen eine nochmals größere Herausforderung für die Verarbeitung auf 3D-Druckern dar. Insbesondere bei großen Bauteilen ist die Prozesssicherheit nicht immer gewährleistet, weil die faserverstärkten Filamente im Drucksystem zu einer höheren Abnutzung führen. Das war der Grund für die Erweiterungsinvestition in einen zusätzlichen Industriedrucker von innovatiQ, dessen Technologie die Verwendung von faserverstärkten Materialien ermöglicht. So erschließt man sich schrittweise bei Turck die erweiterten Möglichkeiten des 3D-Drucks in verschiedenen Bereichen des Unternehmens.

Schlüssel zum Erfolg: Learning by Doing

Für den Betrieb von 3D-Druckern ist qualifiziertes Fachpersonal notwendig, dass sich mit dem Produktionsprozess, der Parametrierung und verschiedenen Fertigungsverfahren im Bereich 3D-Druck auskennt. Mit den Druckern der Firma innovatiQ werden bei Turck zum Großteil Montage, Löt-, Laser- und Vergussvorrichtungen sowie Trays und Teile für Sonderapplikationen gefertigt. Artikel aus diesen 3D-Druckern sind praktisch überall in der Montage zu finden. Von daher war es für Turck sehr wichtig, sich für eine zuverlässige Technologie und einen guten Partner zu entscheiden. Für innovatiQ war die Zusammenarbeit mit den Anwendungsexperten von Turck ein Gewinn, so Entwicklungsleiter Benedikt Höß: „Sicherlich sind unsere Drucker für den industriellen Gebrauch entwickelt und gebaut. Jedoch haben wir selten einen Kunden, der die Maschinen 24/7 betreibt. Diese Art von Belastungstest konnten wir nicht simulieren. Da zeigt ihnen die Praxis die ungefilterte Wahrheit. Deshalb schätzen wir die konstruktiven Anregungen der Anwender bei Turck sehr.“

Michael Kind charakterisiert die Verbindung zwischen Turck und innovatiQ am Ende eines Lernprozesses als positiv, wenn er festhält: „Der Unterschied vom X500pro zum Nachfolger TiQ 5 und die damit einhergehenden Verbesserungen sind groß. Dieser Unterschied ist aber auch in der Betreuung und verstärkten Serviceorientierung über den Zeitraum festzustellen. Es ist in beiden Fällen eine wichtige Steigerung der Qualität in Technik und Betreuung zu verzeichnen.“ Und das ist doch, was eine erfolgreiche Zusammenarbeit auszeichnen muss: Ein Vertrauensverhältnis, dass täglich wieder neu erarbeitet wird und durch eine enge und partnerschaftliche Kooperation über einen langen Zeitraum gewachsen ist.

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