Projekt „Polyline“

Wie real ist die Fabrik der Zukunft?

Es ist ruhiger geworden um die Additive Fertigung. Dennoch wird in den Forschungszentren und Entwicklungsabteilungen der Großindustrie nicht weniger an dem Thema „3D-Druck“ getüftelt – ganz im Gegenteil. Das unterstreicht das vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt „Polyline“.

Industrie-4.0-Collage

Bevor ein 3D-Bauteil in den digitalen Bauteilekatalog aufgenommen und damit für die Produktion abgerufen werden kann, ist eine präzise Druckbarkeitsanalyse notwendig.

Die Additive Fertigung (AM, Additive Manufacturing), also die Produktion mittels industrieller 3D-Drucker, wird für viele Unternehmen immer wichtiger. Waren vor einigen Jahren zum Schlagwort „3D-Druck“ häufig spektakuläre Berichte über den ersten Sportwagen oder das erste Haus aus dem 3D-Drucker zu finden, ist es um das Thema AM relativ ruhig geworden – zumindest in den Massenmedien. Weitgehend unbemerkt von der breiten Öffentlichkeit findet in zahlreichen Fabriken aber derzeit eine relativ geräuschlose Revolution statt: der Übergang von der konventionellen Produktion hin zur Industrie 4.0, die maßgeblich von der Digitalisierung und AM getrieben wird. Lag das weltweite AM-Marktvolumen 2019 noch bei rund 11 Mrd. US-Dollar, soll der Wert laut Prognose von Ernst & Young bis zum Jahr 2023 rasant auf 25 Mrd. US-Dollar steigen. Große Konzerne wie Volkswagen, BMW, General Electric, Continenal oder auch die Deutsche Bahn setzen bereits heute erfolgreich auf AM in der Ersatzteile- und Serienfertigung oder bei der Werkzeugherstellung für Maschinen.

Ein zentraler Baustein in der Fabrik der Zukunft werden leistungsfähige Software-Lösungen sein, die den kompletten Produktionsprozess weitgehend automatisiert steuern und überwachen – und Zeit- und Kostenvorteile gegenüber der herkömmlichen Produktionsweise erzielen können. Ausgangspunkt der Betriebs-Software für die Additive Fertigung ist ein agiles Product-Lifecycle-Management-System (PLM). Es bildet einen Großteil der digitalen Prozesskette in der Fabrik der Zukunft ab: vom Design eines Bauteils im CAD-Programm über die Prüfung auf fehlerfreie Druckbarkeit und zentrale Speicherung bis hin zur Übergabe des Produktionsauftrags an einen 3D-Drucker.

Projekt mit Vorbildcharakter

Wie ein PLM-System konkret in der Serienfertigung zum Einsatz kommt, zeigt sehr anschaulich das Poly­line-Projekt, das in der Fachwelt bereits für viel Aufsehen gesorgt hat. Das Projekt, das für die „integrierte Fertigungslinie zur Anwendung polymerbasierter AM-Technologien“ steht, wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 6,7 Mio. Euro gefördert. Bis 2023 arbeiten 15 Industrie- und Forschungspartner aus Deutschland eng zusammen, um eine einzigartige, nahtlose und automatisierte AM-Produktionslinie für 3D-gedruckte Automobilbauteile im BMW Additive Manufacturing Campus zu erforschen. Die im Rahmen von Polyline entstehende Fertigungsprozesskette gilt als eines der großen Leuchtturmprojekte für die Industrie 4.0 in Deutschland. Herzstück der neuen Fertigungsanlage wird das agile PLM-System von 3Yourmind sein, das als zentrale Datenverwaltung zwischen allen Hardware- und Software-Systemen funktioniert. So wird es möglich sein, die validierten Fertigungsaufträge direkt in die Polyline-Produktion zu überführen – im Anschluss übernimmt ein Manufacturing-Execution-System (MES) die weitere Produktionssteuerung. Folgende Ziele sind mit dem Einsatz der Software-Systeme verbunden: Der Automatisierungsgrad soll von derzeit zehn Prozent auf 90 Prozent gehoben werden sowie der Digitalisierungsgrad von 25 Prozent auf 100 Prozent. Damit wird es möglich sein, die neue Produktionslinie zu anderen Fertigungsverfahren wie etwa Spritzguss konkurrenzfähig zu machen.

Grundsätzlich kommen ­einem leistungsfähigen PLM-System diese zentralen Schritte in der AM-Wertschöpfungskette zu: Druckbarkeitsanalyse, Ausrichtungsoptimierung, digitaler Bauteilekatalog, Use-Case-Screening und Analyse des vorhandenen Inventars. Im industriellen 3D-Druck etablierte PLM-Systeme bieten darüber hinaus noch Tools wie etwa eine CAD-Integration sowie Schnittstellen zu weiteren betrieblichen Software-Systemen (ERP, MES).
Bevor ein 3D-Bauteil in den digitalen Bauteilekatalog aufgenommen und damit für die Produktion abgerufen werden kann, ist eine präzise Druckbarkeitsanalyse notwendig. Dabei wird u.a. geprüft, ob das Bauteil im gewünschten Modus fehlerfrei gedruckt werden kann. Hier kann ein leistungsfähiges PLM-System wertvolle Dienste leisten: Die Software prüft automatisiert, ob etwa die Wandstärken eines Bauteils ausreichend ­Stabilität gewährleisten oder ob für die Produktion im 3D-Drucker sogenannte Stützkonstruktionen erforderlich sind. Eine solche Analyse ist notwendig, um – ge­rade in der Serienfertigung – teure Fehldrucke oder aufwendige, meist händische Nachbearbeitungen des 3D-gedruckten Bauteils zu vermeiden.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 10/2020. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Auch bei der Produktentwicklung oder der Bauteileoptimierung kann AM ihre Stärken ausspielen und in Kombination mit einem PLM-System lassen sich diese Prozesse beschleunigen. Prototypen, mit dem CAD-Programm entworfen, lassen sich innerhalb von Stunden direkt vor Ort drucken und sofort auf Tauglichkeit prüfen. Ist das Ergebnis zufriedenstellend, kann das neue 3D-Bauteil im digitalen Inventar gespeichert und mit den relevanten Produktionsparametern versehen werden – und bei Bedarf für die Produktion abgerufen werden. Auch ein wichtiges PLM-Tool: Mit einer intelligenten Software lassen sich selbst größte Bestände von bereits digitalisierten Bauteilen automatisiert auf die Einsatzfähigkeit in der AM überprüfen. Bislang aufwendige, händische Rechercheprozesse entfallen weitgehend. Wer sich für den Einsatz der AM in der Produktion entscheidet und dabei in ein agiles PLM investiert, sollte beachten, dass neben den erwähnten Tools eine Integration in ein CAD-Programm sowie eine reibungslose Anbindung des PLM-Systems an weitere Software gewährleistet sind. Zudem ist höchste Zugriffs- und Datensicherheit für ein PLM-System unerlässlich, gerade wenn es um kritische Unternehmens- oder Bauteiledaten geht.

Bildquelle: Getty Images / iStock / Getty Images Plus

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