Automatisierte Prozesskette: Vom 3D-Scan großer Teile zur Additiven Fertigung

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen eine zunehmend schnellere, flexiblere und ressourceneffizientere Herstellung innovativer und individualisierter Produkte. Dass die Additive Fertigung (AF) besonders für kleine Stückzahlen und maßgeschneiderte, kundenspezifische Produkte geeignet ist, kommt dem Profil kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) entgegen. In der großskaligen AF, für die spezialisierte, extrusionsbasierte 3D-Drucker eingesetzt werden, bestehen noch erhebliche Defizite bei der Prozesskettenautomatisierung und Digitalisierung. Der Bauteilplanungsprozess wird ausschließlich durch Fachpersonal durchgeführt und dauert je nach Bauteilkomplexität mehrere Stunden. Eine digitale Prozesskette erfordert eine nahtlose Integration aller Herstellungsschritte, angefangen von der Datenerfassung über die Datenverarbeitung und -aufbereitung (vom 3D-Scan oder CAD-Modell) bis zum extrusionsbasierten 3D-Druck (MEX). 

Im Forschungsvorhaben Scan2MEX soll die Automatisierbarkeit der AF für den großskaligen 3D-Druck mit etablierten und neuartigen Extrusionsverfahren für Kunststoff ermöglicht werden. Die Automatisierbarkeit der Prozesskette zielt darauf,  die Planungszeit vom Modell bis zum Start eines qualitativ hochwertigen Bauteils auf max. eine Stunde zu verkürzen. 

Eine Herausforderung bei der Automatisierung des 3D-Drucks liegt in der nicht verketteten Abfolge von teils manuellen Planungsprozessen. Das offene 3D Manufacturing Formats (3MF) bietet als »digitaler Laufzettel« die Möglichkeit, die Prozesskette zu schließen. Das Expertenwissen in der Planung und dem 3D-Druck muss über eine einheitliche Datenbank für die Teilmodule digital abrufbar sein und die Produkt-, Werkstoff sowie Prozess- und Maschineninformation beinhalten. Zudem müssen die Planungssysteme flexibel genug sein, um sich an Änderungen in den Produktionsanforderungen anzupassen, wie neue Produktdesigns oder geänderte Material- und Maschinenspezifikationen. Neue Steuerungsansätze auf Basis von OPC-UA, wie skillbasierte Steuerungen, ermöglichen durch eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle die automatisierte Prozesskette hinsichtlich Erweiterungen und Hersteller flexibel zu gestalten.