Von Marjolein de Wit-Blok
Der Originalartikel auf Niederländisch erschien in der Zeitschrift Constructeur und kann online gelesen werden.
Paro Software veranstaltet eine Gesprächsrunde
Während eines Mini-Symposiums der Vereniging Hydrauliek Platform (VPH) im letzten Sommer zeigten zwei Präsentationen, dass der 3D-Druck auch in diesem Bereich eine Produkttechnik mit Möglichkeiten ist. Ob diese Möglichkeiten kurzfristig für eine groß angelegte Anwendung ausreichen, steht auf einem anderen Blatt. Deshalb wurde ein 'runder Tisch' mit Marc Paro von Paro Software, Adri Overbeeke von Hydrauvision und Job van Berkel von Mazak über die verschiedenen Perspektiven abgehalten.
Hydrauvision ist ein auf hydraulische Antriebstechnik spezialisiertes Unternehmen und Adri Overbeeke war einer der Redner auf dem VPH-Symposium. Das Unternehmen war einer der Teilnehmer des Europäischen CompoLight-Projekts, das von November 2008 bis Oktober 2011 lief. Das Projekt untersuchte unter anderem den 3D-Metalldruck von Verteilern und brachte verschiedene interessante Eigenschaften zutage. Das fängt mit dem ursprünglichen Ziel des 3D-Drucks an: Rapid Prototyping - ebenso schnell ein Kunststoffmodell herstellen, das dann zumindest auf seine Funktionalität getestet werden kann. Bei Verteilern schränkt die Verwendung von Kunststoff die Möglichkeiten ein, das Modell unter vollen Druck zu setzen, aber der korrekte Verlauf der verschiedenen Gänge im Block kann überprüft werden.
Sag niemals nie
Doch es ist keine Produktionstechnik, die Marc Paro, Direktor von Paro Software, in kurzer Zeit übernehmen wird. Paro hat sich auf die Konstruktion von Verteilern spezialisiert. Dies beginnt mit der Erstellung eines Hydraulikplans, der dann in ein 3D-Modell umgewandelt wird, das die Grundlage für das endgültige CNC-Programm bildet. Durch die teilweise automatische Konvertierung vom Schema zum Modell wird die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in der endgültigen Fertigungszeichnung minimiert. Ein wichtiger Vorteil angesichts der Produktionszeit, die bei einem komplexen Verteiler mehrere Stunden betragen kann.
Marc Paro: "Ich schließe nie etwas aus. Dafür ist das Beispiel von Steve Ballmer zu bekannt."
Hier bezieht sich Marc Paro darauf, wie Steve Ballmer, der damalige CEO von Microsoft, lachte, als er in einem Interview gefragt wurde, ob das iPhone jemals einen bedeutenden Marktanteil erreichen würde. Ballmer war sich sicher, dass dieser Tag niemals kommen würde und erklärte, dass es keine Chance gäbe, dass dies geschehen würde.
Marc fährt fort: "Wo viele Leute der Meinung waren, dass ein Telefon ohne physische Tastatur nicht wirklich gewinnen würde, lernt die heutige Zeit etwas anderes. Lassen Sie mich also nicht derjenige sein, der sagt, dass der 3D-Druck in der vielfältigen Industrie nicht funktionieren wird."
Die Krux an der Sache
Aber er glaubt nicht, dass die Vorteile des 3D-Drucks für die Produktion von Verteilern ausreichend ausgeprägt sind. Schon gar nicht, wenn es um die Vorlaufzeit geht.
Marc Paro: "Einen Hydraulikplan entwerfen, diesen in ein Modell und dann in ein Programm umwandeln - das sind alles Prozesse, die bleiben. Ob Sie nun ein Programm für Ihre CNC-Maschine oder Ihren 3D-Drucker erstellen. Was die 3D-Produktion selbst betrifft, so glaube ich nicht, dass sie zeitsparend ist, und selbst wenn das der Fall ist, glaube ich nicht, dass dies von Bedeutung ist, schon gar nicht in Anbetracht der Tatsache, dass Verteiler oft in kleineren Stückzahlen produziert werden, regelmäßig sogar als Einzelstücke, so dass das Gesetz der großen Zahlen hier nicht gilt."
Job van Berkel, Generaldirektor von Yamazaki Mazak Europe, fügt hinzu: "In dieser Hinsicht arbeiten wir derzeit an Teilen des Gesamtprozesses, in denen größere Zeiteinsparungen erzielt werden können. Für uns als Maschinenlieferant liegt das Augenmerk derzeit auf der Nachbearbeitung. Also eine schnelle und fehlerfreie Umwandlung einer CAM-Datei in ein endgültiges CNC-Programm. Das würde es Ihnen ermöglichen, einen der zeitaufwändigsten Teile der konventionellen Bearbeitung zu reduzieren, und das ist der springende Punkt."
Freie Gestaltung
Adri Overbeeke, der sich im Auftrag von Hydrauvison mit dem CompoLight beschäftigt hat, fügt hinzu: "Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind jetzt zehn Jahre alt und daher nicht mehr aktuell, was die realisierbaren Vorlaufzeiten angeht. Ich denke, man kann davon ausgehen, dass der Druck selbst jetzt schneller ist. Auf der Grundlage der Forschung kann ich also keine konkreten Zahlen nennen, aber es gibt andere Vorteile, die sich aus der Forschung destillieren lassen, die speziell mit der Art und Weise zusammenhängen, wie ein Produkt aus Schichten aufgebaut wird. Vor allem die freie Gestaltung ist eine Eigenschaft, die Vorteile beim Design bringen kann."
Für die Konstruktion von Steuerblöcken bedeutet ein freies Design, dass der Ingenieur nicht mehr an die Beschränkungen der traditionellen Bearbeitung gebunden ist. Zum Beispiel an die Tatsache, dass ein Bohrer nur gerade Löcher bohren kann;
Adri Overbeeke: "Ganz im Gegenteil. Mit einem Design für die additive Fertigung können Sie die Korridore optimal gestalten, zum Beispiel alle (rechten) Winkel vermeiden, was wiederum zu einem optimalen Fluss und minimalem Druckabfall beiträgt. Es gibt auch keine Öffnungen, die beim Anbringen von Bohrungen unvermeidlich sind und die man später mit Kappen abdichten muss, und das Freiformdesign kann verhindern, dass Sie sich komplexe Lösungen einfallen lassen müssen, wenn sich zwei Kanäle an der gleichen Stelle kreuzen. Das war eines der Probleme, die wir damals in einem Versuchsdesign hatten, das wir dadurch gelöst haben, dass wir die Kanäle so gestaltet haben, dass sie aneinander vorbeilaufen konnten, ohne ein und denselben Querschnitt zu kreuzen."
Tausende von Bohrbildern
Marc Paro stimmt mit diesem charakteristischen Vorteil überein: "Ganz klar. Die einzige Frage ist, ob die Vorteile groß genug sind, um in AM zu investieren, und dieser Wendepunkt ist meiner Meinung nach noch nicht erreicht"
Job van Berkel: "Im Moment ist zum Beispiel sehr viel Wissen über die optimale Herstellung von Verteilern durch maschinelle Bearbeitung und über die Materialien vorhanden. Wir wissen zum Beispiel, dass eine fünfachsige CNC-Maschine mit einem großen Werkzeugmagazin in der Lage ist, Blöcke mit Hunderten bis Tausenden von Bohrbildern herzustellen, denn täuschen Sie sich nicht, das ist die Anzahl, um die es bei einem komplexen Verteiler geht."
Marc Paro: "Design für Funktionalität und, wie von Job angedeutet, eine mühelose Umstellung auf ein CNC-Programm. Wenn Sie auf AM umsteigen würden, müssten Sie in der Lage sein, eine Menge Vorteile zu erzielen, um die damit verbundenen Kosten zu rechtfertigen, und Sie müssten Zeit aufwenden, um Wissen und Erfahrung im Umgang mit dieser neuen Produktionstechnik aufzubauen, damit die Investition sinnvoll ist."
Große Daten
Marc Paro philosophiert weiter: "Wenn wir irgendwann mit AM weitermachen würden, würde ich an die Möglichkeiten von Big Data glauben. Wenn Sie alle Entwürfe, die Sie anfertigen, in einer Datenbank speichern würden, könnten Sie sich mehr und mehr auf bestehende Entwürfe stützen, was die Zeit für die Konstruktion verkürzt. Wenn Sie dann auf schnellem Wege zu einem endgültigen Entwurf kommen und die Zeit, die benötigt wird, um zu einer 3D-Druckdatei zu gelangen, begrenzt ist, dann können Sie Schritte in Bezug auf die Vorlaufzeit unternehmen, denke ich, aber leider gibt es diese Datenbank noch nicht und ich verstehe, dass im Prinzip auch die notwendige Zeit für den Schritt vom Entwurf zum Programm für einen 3D-Drucker reserviert werden muss."
Gewicht, das die Waage zum Kippen bringt
Ein zweiter wichtiger Vorteil, der sich aus den Forschungen von Adri Overbeeke ergab, ist die Möglichkeit, das Gewicht eines Verteilers mit AM drastisch zu reduzieren;
Adri Overbeeke: "Ein wesentlicher Unterschied zwischen AM und Zerspanung besteht ja darin, dass bei der Zerspanung Material abgetragen wird, während bei AM gezielt Material hinzugefügt wird. Vorzugsweise so wenig wie möglich in Verbindung mit der Produktionszeit. Ausreichend Material, um alle zu erwartenden Kräfte aufnehmen zu können, aber nicht mehr. Das Endergebnis ist eine Gewichtseinsparung, die - auf der Grundlage von Simulationen in der Studie - bis zu 80 % betragen kann. Das sind Prozentsätze, die das Gewicht in die Waagschale werfen, bei Anwendungen, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt, zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt, kann dies ein entscheidender Vorteil sein."
Wenn Vorlaufzeit zweitrangig ist
Die endgültige Schlussfolgerung innerhalb der Gruppe ist, dass AM für hydraulische Verteiler nur dann interessant wird, wenn die spezifischen Vorteile wie freies und kompaktes Design und Gewichtsersparnis die Vorlaufzeit überwiegen. In jedem Fall liegen die Vorteile nicht in einer Verkürzung der Vorlaufzeit.
Adri Overbeeke: "Im Prinzip wird die Durchlaufzeit von dem Material, das Sie wählen - also Kunststoff oder Metall - und dem Volumen, das Sie drucken müssen, bestimmt. Das bedeutet, dass die Größe des Verteilers wirklich entscheidend für die Produktionsgeschwindigkeit ist, die bei der Bearbeitung eine etwas weniger wichtige Rolle spielt. Das bedeutet, dass bei kleineren Produkten der Wendepunkt möglicherweise früher erreicht wird, aber vor allem bei Verteilern, bei denen ein Design erforderlich ist, das mit der maschinellen Bearbeitung nicht erreicht werden kann."
Overbeeke fährt fort: "Ein weiterer Vorteil könnte sein, dass Sie Ihr Manifold über AM überall auf der Welt ausdrucken können, was im Falle eines Notfalls einen Unterschied machen kann. Sie schicken die Datei einfach an einen Ort in der Nähe, wo sie anschließend vor Ort geliefert wird. Natürlich muss eine solche Maschine zur Verfügung stehen, aber anders als bei der maschinellen Bearbeitung sind meiner Meinung nach weniger Kenntnisse erforderlich, um das Produkt letztendlich herzustellen. So führt beispielsweise die Steuerung eines CNC-Programms nicht automatisch zum gewünschten Endergebnis, da die Kenntnisse und Fähigkeiten des Bedieners vor Ort ausschlaggebend sind."
Die Zeit ist noch nicht reif
Marc Paro: "Ich denke, wir können weiter schlussfolgern, dass die Technologie im Prinzip geeignet ist, aber vielleicht ist die Zeit noch nicht reif für echte Anwendungen. Auch deshalb, weil der Markt für hydraulische Verteiler relativ klein ist und die Losgrößen begrenzt sind. Außerdem denke ich, dass auch mehr Wissen und Erfahrung über die Zuverlässigkeit der Qualität, mit der Sie produzieren, aufgebaut werden muss. Ich kann mir vorstellen, dass es in zehn bis zwanzig Jahren alltäglich sein wird, aber ich denke nicht, dass Sie als 'Blockfabrik' besorgt sein sollten."
