Erfolgreiche Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing

+++ Serienproduktion des metallischen 3D-Drucks auf der Zielgeraden+++ BMBF gefördertes Projekt erfolgreich umgesetzt +++ Vollautomatische Produktion sorgt für Höchstmaß an Produktivität +++

München / Oberschleißheim. Die Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing (AM) für automobile Serienprozesse ist gelungen.
Vor drei Jahren startete ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Projektkonsortium unter der Leitung der BMW Group mit kleinen und mittelständischen Unternehmen, Großunternehmen sowie Forschungsinstitutionen. Das gemeinsame Ziel: den metallischen 3D-Druck im Bereich der automobilen Serienproduktion zu revolutionieren.  

Die insgesamt zwölf Mitglieder des Konsortiums präsentieren am BMW Group Additive Manufacturing Campus in Oberschleißheim, die erfolgreiche Umsetzung des IDAM Projekts (Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing). Dort wurde eine digital vernetzte, vollautomatisierte 3D-Druck-Fertigungslinie aufgebaut und für die automobile Serienproduktion vorbereitet. Eine weitere Linie befindet sich bei der Firma GKN Powder Metallurgy in Bonn.

Jährlich können rund 50.000 Bauteile in der Gleichteilefertigung und mehr als 10.000 Individual- und Ersatzteile mittels des 3D-Drucks durch das Laser Powder Bed Fusion Verfahren (LPBF) kosteneffizient gefertigt werden.

Hierbei wird der Ausgangswerkstoff Metallpulver, Schicht für Schicht durch Laser dort umgeschmolzen, wo in der jeweiligen Ebene das solide Bauteil entstehen soll. So kann durch Anwendung dieses 3D-Druckverfahrens auf Werkzeuge verzichtet werden und neue Designmöglichkeiten realisiert werden. Das führt zu einer starken Erhöhung der Flexibilität.

Gestartet mit einer Konzeptskizze im Jahr 2019 transportieren heute fahrerlose Transportsysteme (FTS) vollautomatisch die mobilen Baukammern der 3D-Drucker zwischen den Modulen der IDAM-Fertigungslinien. Orchestriert werden die Maschinen von einer zentralen Steuerungseinheit, in der alle Fertigungsdaten der einzelnen Linien-Module zusammenlaufen. Das sorgt für ein Höchstmaß an Produktivität und Qualität.

Während des Projektverlaufs wurden neuartige Konzepte zur automatischen Generierung der 3D-Druck-Baudaten entwickelt. Vollautomatisierte Module transportieren jetzt das verarbeitete Metallpulver zu den Bearbeitungsstationen und bereiten es dort selbstständig auf. Die Nachbearbeitung der gefertigten Bauteile erfolgt in speziell dafür konzipierten Stationen - ebenfalls vollautomatisch. Die Qualität der Bauteile hat höchste Priorität. Die Qualitätssicherung der Fertigteile erfolgen inline während des Laserschmelzprozesses mittels Sensorik. Hierbei werden unter anderem Emissionen des Schmelzbades mittels CMOS Kamera und Pyrometer untersucht. Die erfassten Daten werden mittels KI-Algorithmen mit der realen Bauteilqualität korreliert. So können schon während der Fertigung Prozessabweichungen erkannt und die Bauteilqualität bewerten werden.

Die erfolgreiche Umsetzung des Projekts erforderte die Expertise aller Projektpartner. Nur so konnte die Digitalisierung und Automatisierung, im Maschinen- und Anlagenbau, in der Bauteilauslegung sowie im Bereich des metallischen 3D-Drucks realisiert werden.

„Bereits ab dem ersten Projekttag war ein Teamspirit unter den Partnern zu spüren. Voneinander lernen, gemeinsam innovative Lösungen erarbeiten und die individuellen Stärken der einzelnen Partner bestmöglich zur Entfaltung zu bringen – für die Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing waren die Schlüssel zum Erfolg“, sagte Felix Haeckel, Konsortialleiter und Projektleiter BMW Group.