Starke Netzwerke

Nach und nach entsteht in der gemeinsamen Detailbetrachtung der einzelnen Prozessschritte und Prozesssequenzen ein gemeinsames Prozessverständnis.

Das Bild der Prozesskette passt. Wie Glieder einer Kette sollen die einzelnen Prozessschritte in der Additiven Fertigung miteinander verknüpft werden, damit aus vielen heute oft manuellen Einzelprozessen ein vollautomatisiertes, hochproduktives Ganzes wird. Industrielle Anwender verlangen schon allein aus Qualitätsgründen danach. Denn Handarbeit ist in vielen Fällen die Ursache von Qualitätsschwankungen und Fehlern. Ganz abgesehen von den Kosten und dem drohenden Zeitverlust, wenn nicht sofort ein Mitarbeiter verfügbar ist.

Das Bild der Prozesskette passt allerdings nur bedingt. Denn während eine Kette in der Regel aus immer gleichen Gliedern besteht, die in einem einheitlichen Prozess von einem Anbieter gefertigt werden, setzen intelligent verknüpfte, automatisierte Prozessketten im Additive Manufacturing voraus, dass sich äußerst heterogene Tätigkeiten zu einem durchgehenden Fabrikationsprozess fügen. Und das tun sie ganz gewiss nicht von alleine. Vielmehr müssen sich die beteiligten Entwickler unterschiedlichster Unternehmen zusammensetzen – und aus ihren jeweiligen Einzellösungen ein effizientes, produktives Ganzes schaffen.

Die Arbeitsgemeinschaft vernetzt rund 150 Unternehmen und Forschungsinstitute aus allen Bereichen der Prozesskette.

Rainer Gebhardt
Projektleiter der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing (AG AM) im Maschinenbauverband VDMA

„In Webkonferenzen und Teilgruppentreffen diskutieren unsere Mitglieder Problemstellungen, Ideen und Handlungsansätze, die wir zweimal jährlich in Arbeitskreistreffen zusammentragen und zur Diskussion stellen.“

Schnittstellen erforderlich

Dafür müssen sie sich auf Verbindungen, oder besser Schnittstellen, zwischen ihren jeweiligen Einzellösungen verständigen und in vielen Fällen erst einmal eine gemeinsame Sprache finden. Denn die IT-Welt bedient sich anderer Fachbegriffe als der Maschinen- und Anlagenbau oder Anbieter von Pulvern, Gasen und anderen Betriebsstoffen. Damit ein funktionierendes Ganzes entstehen kann, müssen sie einander verstehen, spezifische Herausforderungen im Prozess des jeweils anderen nachvollziehen und diese in die eigenen Überlegungen einbeziehen.

„Was zunächst sehr theoretisch klingt, setzen wir seit mittlerweile gut fünf Jahren in die Praxis um“, erklärt Rainer Gebhardt, Projektleiter der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing (AG AM) im Maschinenbauverband VDMA. Die Arbeitsgemeinschaft vernetzt rund 150 Unternehmen und Forschungsinstitute aus allen Bereichen der Prozesskette. Regelmäßig treffen sich Mitglieder der AG in Arbeitskreisen, um die Industrialisierung Additiver Verfahren auf eine gemeinsame, aus den unterschiedlichsten Perspektiven wohldurchdachte Basis zu stellen.

Detailübersicht zum Prozessschritt Nachbearbeitung.

Handlungsfeld Automatisierung

Einer dieser Arbeitskreise befasst sich seit geraumer Zeit intensiv mit der Automatisierung von additiven Prozessketten. Als Ziel haben sich die Akteure auf eine Smart Factory verständigt. Doch sie wissen, dass dafür Zwischenschritte notwendig sind. Um diese definieren zu können, gilt es, die Gesamtkette zunächst in einzelne Prozessschritte zu zergliedern. Diese Arbeit ist bereits getan: In einem Roadmapping-Prozess haben AM-Anlagenbauer, Zulieferer, IT- und Automatisierungsspezialisten sowie industrielle Anwender und Wissenschaftler sowohl die einzelnen Stationen im Datenprozess als auch die Schritte in der AM-Fertigung, Logistik und Nachbearbeitung en Detail aufgegliedert. „Das Resultat sind zwei detaillierte Beschreibungen des aktuellen technologischen Status Quo von additiven Pulverbettverfahren für Metalle und für Kunststoffe“, erklärt Gebhardt. Von dieser Basis ausgehend erarbeitet der Arbeitskreis nun den konkreten Entwicklungsbedarf für eine teil-automatisierte Additive Fertigung, welche im nächsten Zwischenschritt zur Vollautomation weitergetrieben werden soll – und schließlich in digital vernetzte Smart Factories münden soll.

„In Webkonferenzen und Teilgruppentreffen diskutieren unsere Mitglieder Problemstellungen, Ideen und Handlungsansätze, die wir zweimal jährlich in Arbeitskreistreffen zusammentragen und zur Diskussion stellen“, berichtet der VDMA-Projektleiter. Dabei bleibe es nicht bei pauschalen Gesamtbetrachtungen oder bei Konjunktiven wie man müsste, könnte oder sollte. „Vielmehr sprechen die Mitglieder in der AG AM offen über konkrete Herausforderungen und Hürden, die es in ihren jeweiligen Bereichen zu meistern gilt.

Durch Diskussionen zum gemeinsamen Prozessverständnis

Nach und nach entsteht in der gemeinsamen Detailbetrachtung der einzelnen Prozessschritte und Prozesssequenzen ein gemeinsames Prozessverständnis. Es ist die Basis, auf der Akteure rundum durchdachte, marktgerechte Lösungen entwickeln – und ihre Vermarktungsstrategien schärfen können. So lernen Anbieter von Materialien, technischen Gasen oder Vakuumförder- und Luftaufbereitungstechnik, mit welchen Schwierigkeiten Anwender in additiven Prozessen zu kämpfen haben – und welche Lösungen sie sich dafür wünschen. Und Anbieter von Design- und Konstruktionslösungen erfahren, wie Prozessstrategien in spezifischen AM-Verfahren die Bauteilmaße beeinflussen können – und welche Materialpuffer sie dafür in der Designphase einplanen sollten. Gleichzeitig gilt es, diese Puffer im Sinne möglichst effizienter Bau- und Nachbearbeitungsprozesse auszulegen und den Materialverbrauch zu minimieren. „Schon die wenigen Beispiele zeigen, dass ein gemeinsames, mit allen Akteuren entlang der Prozesskette abgestimmtes Prozessverständnis unseren Mitgliedern konkrete Vorteile bringt“, erläutert Gebhardt.

Die Zusammenarbeit verfolgt zunächst verschiedenste Handlungsstränge in der Kunststoff- und Metallwelt – und schafft dabei eine Basis, um die Material- und Datenflüsse in additiven Fertigungsprozessen zu parallelisieren. Daten, Eingangswerkstoffe, Halbzeuge und schließlich Bauteile können aber nur dann wirklich durch den Prozess fließen, wenn die Schnittstellen vereinheitlicht sind. Ebenso setzen effiziente und qualitätsgesicherte Gesamtprozesse voraus, dass im Prozess an den wirklich relevanten Stationen entsprechende Sensorik die Einhaltung der vorab definierten Prozessparameter überwacht. „Auch hier steht und fällt die Tragfähigkeit der Lösungen mit der Abstimmung zwischen den beteiligten Akteuren“, betont Gebhardt.

Aus diesem Grund hat die AG AM von Beginn an sowohl die Material- und Fertigungsprozesse als auch das Datenhandling in ihr Blickfeld genommen. „Um die Vision digital vernetzter Smart Factories real werden zu lassen, dürfen wir keinen Bereich ausblenden“, sagt er. Eine rundum qualitätsüberwachte, datenbasierte Additive Fertigung der Zukunft setzt voraus, dass Daten an der richtigen Stelle erhoben, analysiert und die so gewonnenen Informationen im Sinne einer optimalen Prozessführung in die Steuerung der jeweiligen Prozesse einfließen. Ein Blick auf die aktuellen Entwicklungstrends der Industrie 4.0 verdeutlicht, dass auch Artificial Intelligence (AI) in Zukunft helfen wird, die optimalen Prozessparameter für das jeweilige Material und Verfahren unter den gegebenen Umweltbedingungen zu ermitteln. „Indem wir AM-Prozesse systematisch analysieren und auf Basis des Erfahrungswissens unserer Mitglieder gemeinsam sammeln, wo konkrete Entwicklungsbedarfe bestehen, legen wir die Basis für die Additive Fertigung der Zukunft“, sagt Rainer Gebhard, „wer sich an diesem Zukunftsprojekt beteiligen möchte, ist herzlich eingeladen, in unserer offenen Arbeitsgemeinschaft mitzuwirken.“