Der druckt Prozesstechnik

Additive Fertigung in der Prozesstechnik

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

12.07.2017 Das Umfeld im Bereich von Additive Manufacturing (AM) wächst rasant und erweist sich als ein immer härter umkämpfter Geschäftsbereich: Verbesserte Performance von Hardwareplattformen, eine breitere Palette von Materialoptionen und eine immer bessere Qualität der herstellbaren Teile tragen dazu bei, das Wachstum dieses Industriesektors zu unterstützen. Dadurch gewinnt die Technologie in vielen Industrien zunehmend an Bedeutung – auch für Anlagenbauer und Betreiber der chemischen Industrie.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Additive Fertigung kann mehr als nur fragile Prototypen erzeugen: Ob Beschichtungen oder Rührorgane – moderne Lasertechnologie ermöglicht den Bau komplexer Formen, die Unternehmen sofort einsetzen können.
  • Damit verbessern Betreiber ihre Wartungs- und Instandhaltungszyklen, und Lösungsanbieter können ihre Time-to-market verkürzen.
  • Außerdem ermöglicht das Verfahren Bauteile, die mit den bisherigen Methoden schlicht nicht herzustellen waren. Damit steht die Prozessoptimierung bei der Entwicklung von Bauteilen uneingeschränkt im Vordergrund.

Mithilfe additiver Fertigung ist es mittlerweile möglich, komplexe Bauteile direkt für den Einsatz herzustellen. Bild: OR Laser

Mithilfe additiver Fertigung ist es mittlerweile möglich, komplexe Bauteile direkt für den Einsatz herzustellen. Bild: OR Laser

Das System ermöglicht auch kleinen und mittleren Unternehmen mit additiver Fertigung auf Industrieniveau zu arbeiten. Bild: OR Laser

Das System ermöglicht auch kleinen und mittleren Unternehmen mit additiver Fertigung auf Industrieniveau zu arbeiten. Bild: OR Laser

Wie es euch gefällt: Auch Formen, die mit den bisherigen Methoden nicht herzustellen waren, lassen sich via Lasertechnologie realisieren. Bild: OR Laser

Wie es euch gefällt: Auch Formen, die mit den bisherigen Methoden nicht herzustellen waren, lassen sich via Lasertechnologie realisieren. Bild: OR Laser

Die Pulverdüse entstand in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik. Bild: OR Laser

Die Pulverdüse entstand in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik. Bild: OR Laser

AM auch für kleinere Geldbeutel

Die Vorteile der Nutzung additiver Verfahren sind mittlerweile gut dokumentiert und beschrieben: Sie ermöglichen wirtschaftliche Vorteile durch das Herstellen leichterer und dennoch stabiler Teile, die Reduktion von Baugruppenteilen und das Vermeiden teurer Werkzeuge. Dennoch stellten die Kosten hinsichtlich Erwerb und Betrieb von Anlagen für die Additive Fertigung, speziell für klein- und mittelständische Unternehmen (SMEs), bisher immer noch eine beträchtliche Hürde dar. Genau diesen Aspekt hatte OR Laser vor über drei Jahren im Blick, als das Unternehmen mit Entwicklungsaktivitäten für eine neue Plattform für die additive Herstellung von Metallteilen begann.

Ziel war es, eine kostengünstige Anlage auf den Markt zu bringen, ohne Einschränkungen in der Qualität der herstellbaren Teile hinnehmen zu müssen. Ergebnis dieser Entwicklungsarbeit war der Orlas Creator. Mit dem System können Unternehmen Metallteile auf Industrieniveau herstellen; und zwar zu weniger als den halben Kosten vergleichbarer Systeme, bei unverminderter Qualität und höheren Bauraten.

AM mit Pulverauftragschweißen

Seinen Ursprung hat das System in der Diodeline-Reihe, für die das Unternehmen in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik eine spezielle Pulverdüse entwickelte und die von der Industrie weltweit für ein breitgefächertes Anwendungsspektrum zum Einsatz kommt. Durch den Einsatz von Direct Metal Deposition (DMD) können Betreiber die Prozessgeschwindigkeit im Vergleich zum manuellen Laserauftragschweißen um 250 bis 330 % steigern. Mittels der Pulverauftragdüse lassen sich die AM-2.0-fähigen Laserschweißanlagen des Herstellers schnell und einfach aufrüsten, um damit voll automatisiert metallische Schichten aufzutragen.

Im Gegensatz zum konventionellen Laserauftragschweißen, bei dem ein Schweißer den Materialauftrag mit Draht meist komplett manuell ausführen muss, arbeitet das neue Verfahren voll automatisiert, hoch präzise und steigert somit die Produktivität. Dies stellt vor allem für kleine und mittlere Unternehmen eine erschwingliche Ergänzung zur bestehenden Technologie dar. Beim DMD-Verfahren trägt das System Metallpulver aus einer Pulverdüse koaxial zum Laser auf eine bestehende Oberfläche auf. Das Verfahren ist vollständig zu automatisieren und bereits für Anlagen mit einer Durchschnittsleistung um 300 W geeignet. Da das Verfahren auch auf dreidimensionalen Oberflächen anzuwenden ist, ermöglicht es eine Vielzahl von Applikationsmöglichkeiten: zur Oberflächenveredelung, Formmodifikation und -änderungen oder um beschädigte Umform-, Stanz- und Spritzgusswerkzeuge wieder in einen neuwertigen Zustand zu versetzen.

AM mit Selective Laser Melting

Aus dieser Erfahrung und Expertise heraus erweiterte der Hersteller sein Betätigungsfeld um ein pulverbettbasiertes AM-System. Die Anlage zeichnet sich unter anderem durch eine Baukammer mit einem Beschichtungskonzept aus, das einen beschleunigten und reibungslosen Betriebsablauf ermöglicht – und damit eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit, wodurch sich Bauteile um bis zu 30 % schneller fertigen lassen als mit vergleichbaren Anlagen auf dem Markt. Betrieben wird das System mit einem 250-W-Faserlaser, der durch seine Strahlqualität und Leistungsstabilität für gleichbleibende Prozessbedingungen sorgt. Dadurch erzielen die Anlagen eine besonders hohe Auflösung, was zu einer höheren Bauteildichte und besseren Oberflächenqualität führt.

Einfache Handhabung

Die Steuerung der Anlage erfolgt tabletbasiert, wodurch das Überwachen und Anpassen aller wichtigen Prozessparameter während des Druckprozesses sowie Cloud Manufacturing von jedem Ort aus möglich ist. Damit die Anlagen auch im Bereich von klein- und mittelständischen Unternehmen ohne Schwierigkeiten zum Einsatz kommen kann, arbeitet die AM-Lösung des Unternehmens mit einem Kartuschensystem für das Materialhandling. Die hierfür benötigen Materialkartuschen können Kunden vorab befüllt direkt vom Hersteller erwerben. Lösungen für ein offenes Materialsystem sind derzeit in Vorbereitung. Um den 3D-Drucker als Stand-alone-Anlage betreiben zu können, liefert der Spezialist für Lasertechnologie eine Komplettlösung aus Maschine, Betriebssoftware und Schnittstellenentwicklung. Dadurch entfallen zusätzliche Kosten, und eine einfache Integration ist gewährleistet.

Kosten runter, Standzeiten rauf

Beide Selective-Laser-Melting-Verfahren (SLM) haben eine hohe Bedeutung für die chemische Industrie. Dabei betreffen die Möglichkeiten und Herausforderungen die gesamte Wertschöpfungskette, die Geschäftsmodelle und die nachgelagerten Dienstleistungsbereiche. Denn mit additiver Fertigung können Anwender nicht nur Effizienzsteigerungen in bestehenden Prozessen und Prozessschritten erreichen, sondern auch Wartungs- und Instandsetzungszyklen sensibler Anlagenkomponenten verlängern, beispielsweise in der ölverarbeitenden Industrie: Sensoren und Messsysteme sind in solchen Produktionsanlagen außerordentlich hohen Belastungen ausgesetzt, häufiger Ausfall und Beschädigung der Systeme sind die Folge. Der Lösungsanbieter konnte mithilfe eines DMD-Verfahrens einen Prozess entwickeln, mit dem sich durch das generative Aufbringen von Panzerschichten, bestehend aus speziellen verschleißfesten Legierungen, die Haltbarkeit der Systeme steigern lässt.

Mehr Zeit für die wichtigen Dinge

Besonders die pulverbettbasierten Verfahren beinhalten ein großes Potenzial zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Energie- und Ressourceneffizienz sowie der Länge der Innovationszyklen („Time-to-market“): Durch schnell realisierte Versuchsanlagen (mechanische Komponenten, Pumpenelemente oder komplexe Rührorgane) können Anbieter die Geschwindigkeit ihres Prototypenbaus und damit die Entwicklungszeit von Systemen und Anlagen erheblich reduzieren.

Aber auch für Seriensysteme bietet die Technologie erhebliche Potenziale. So ist es beispielsweise möglich, Anlagenkomponenten mit konturnahen Kühlkanälen auszustatten. Oder beispielsweise können Hersteller ihre Wärmeübertragersysteme und Filteranlagen derart auslegen, dass diese, optimiert nach komplexen mathematischen Modellen, optimale Leistungsparameter aufweisen. Auch können sie Formen realisieren, die nach klassischen Methoden bisher nicht zu fertigen waren. Eine Oberflächennachbearbeitung der gedruckten Komponenten ist mit klassischen Verfahren wie dem Elektropolieren möglich, jedoch aufgrund der hohen Qualität der Bauteiloberflächen nicht für jede Anwendung erforderlich. Entwicklungsingenieure müssen sich fortan also nicht mehr so sehr auf die bloße mechanische Fertigbarkeit von Komponenten konzentrieren, sondern die geometrischen Anforderungen des Prozesses an sich rücken stärker in den Fokus.

Hier gelangen Sie zum Anbieter.

Auf unserem Portal finden Sie viele weitere Beiträge rund um das Thema Anlagenbau.

Heftausgabe: Juli 2017

Über den Autor

Eric Herrmann, Marketing, OR Laser
Loader-Icon