Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Spezielle Verfahren machen Teilenachbearbeitung wirtschaftlich
  • 3D-Druck erreicht wirtschaftliche Serienreife
  • innovatives Unternehmen setzt auf Ethercat, Twincat und OCT-Antriebe
  • PC-basierte Automation ermöglicht maschinelle Nachbearbeitung
Bei der Herstellung von 3D-Druckteilen sind oft Stützmaterialien (hier weiß im Bild) notwendig, die bei der Nachbearbeitung wieder entfernt werden müssen – bislang aufwendig von Hand, künftig maschinell.

Bei der Herstellung von 3D-Druckteilen sind oft Stützmaterialien (hier weiß im Bild) notwendig, die bei der Nachbearbeitung wieder entfernt werden müssen – bislang aufwendig von Hand, künftig maschinell. Beckhoff

Zu den Herausforderungen bei der Nachbearbeitung in der additiven Fertigung zählen die Oberflächenbearbeitung und das Entfernen von Stützmaterialien. Letztere stellen beim Aufbau komplexer Geometrien und Strukturen per 3D-Druck sicher, dass das Werkstück bei der Herstellung nicht in sich zusammenfällt und seine Form bis zum Ende des Druckprozesses behält. Anschließend müssen die Stützmaterialien aufwändig entfernt werden. Außerdem muss die Oberfläche gedruckter Teile aus Thermoplasten, lichtgehärteten Harzen und Metallen nachbearbeitet werden, um das gewünschte Look-and-Feel zu erzielen und Vorgaben hinsichtlich Größe, Genauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit zu erfüllen.

3D-Druck in der Serienfertigung etablieren

Die zeit- und kostenaufwändige Nachbearbeitung von 3D-Druckteilen neu zu erfinden, hatte PostProcess Technologies zum Ziel, das 2013 als Startup in Buffalo, New York, gegründet wurde.

Fünf Jahre danach sind die Maschinen und Verfahren verfügbar, um dem 3D-Druck den Weg in eine wirtschaftliche Serienfertigung zu ebnen: Dazu wurde die Sorgfalt und Genauigkeit einer manuellen Nachbearbeitung in ein schnelles, automatisiertes Finishing überführt. PostProcess entwickelte dazu ein neuartiges Verfahren, in dem statt spanender Werkzeuge eine Kombination aus chemischen Lösungsmitteln und Schleifmitteln sowie Druck und Temperatur zum Einsatz kommt.

Kern der Lösung von PostProcess ist die Software Automat3D, die gestützt auf die Agitation Algorithms (AGA) verschiedene Intensitätslevel in der Nachbearbeitung ermöglicht. Entwickelt wurde die Software von Daniel J. Hutchinson, PostProcess-Gründer, aktueller President und Chief Technical Officer (CTO). Durch eine individuelle Anpassung des Prozesses wird die Lösung den Anforderungen verschiedenster Teilegeometrien gerecht, ohne dabei wichtige Strukturen zu zerstören. Wie wichtig das ist, erläutert Michael Frauens, verantwortlicher Ingenieur für Prozessentwicklung: „Schäden an Teilen, verursacht durch die Oberflächenbearbeitung, sind einfach keine Option. Denn häufig kosten diese Teile zehntausende von US-Dollar und benötigen Wochen oder Monate für Entwicklung und Herstellung.“ Dies unterstreicht die Bedeutung der Automat3D-Software. Sie stellt sicher, dass alle Teile mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden – unabhängig von ihrer Geometrie. Sogar innenliegende Strukturen in schlecht zugänglichen Hohlräumen können auf diese Weise bearbeitet werden. Jeff Mize, CEO von PostProcess Technologies, erklärt: „PostProcess kombiniert dazu Hardware, Software und Chemie in einer völlig neuartigen Art und Weise.“ Das versetzt PostProcess in die Lage, eine automatisierte, intelligente und umfassende Lösung für die Nachbearbeitung von Materialien und Geometrien in der additiven Fertigung anzubieten und damit die Industrie 4.0 weiter voranzutreiben.

3D-Druck-Herausforderung lösen: Konvergenz von Automatisierung und IT

Beim Multifunk­tionssystem Hybrid DECI Duo fungiert der Panel-PC als Steuerung und HMI für den einfachen Zugriff auf die Automat3D-Software und Visualisierung von PostProcess.

Beim Multifunk­tionssystem Hybrid DECI Duo fungiert der Panel-PC als Steuerung und HMI für den einfachen Zugriff auf die Automat3D-Software und Visualisierung von PostProcess. Beckhoff

Als der Softwarespezialist PostProcess gemeinsam mit dem Maschinenbaupartner Keller Technology mit der Implementierung seiner Maschinen begann, suchte das Unternehmen nach zuverlässiger Automatisierungstechnik. Da die meisten 3D-Drucker nicht klassisch SPS-, sondern PC-gesteuert sind, fiel die Entscheidung auf die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff. PostProcess entwickelte bis dato eine Reihe verschiedener Maschinen für die Entfernung von Stützmaterialien oder die Oberflächenbehandlung. Jüngster Neuzugang im Produktportfolio ist die Hybrid DECI Duo, die erste multifunktionale Maschine, welche beide Verfahren (Entfernung von Material sowie Oberflächenbehandlung) kombiniert. Dies spart bei den Endanwendern wertvolle Stellfläche.

In Kombination mit TwinCAT 3 fungiert ein Panel-PC CP6706 mit 7-Zoll-Touchscreen und Quad-Core-Atom-Prozessor als Steuerung und HMI. „Eine PC-basierte Plattform, die Windows-Betriebssystem und Tools wie Visual Studio kombiniert, passt ideal zu unseren Programmiermethoden, weil wir von Haus aus Informatiker sind, keine Steuerungsingenieure“, betont Daniel J. Hutchinson. „Außerdem vereinfacht die Konvergenz von Automatisierungs- und Informationstechnologie, wie sie Beckhoff bietet, die Kooperation der Entwickler aus verschiedenen Fachgebieten.“

Der integrierte Hochleistungsdrehtisch nutzt mehrere Servomotoren AM8000 mit One Cable Technology.

Der integrierte Hochleistungsdrehtisch nutzt mehrere Servomotoren AM8000 mit One Cable Technology. Beckhoff

TwinCAT 3 PLC und NC PTP übernehmen beim DECI-Duo-System die Echtzeitautomatisierung der Teilebearbeitungsprozesse. Als Antriebslösung kommen Servomotoren der Baureihe AM8000 mit One Cable Technology (OCT) und EtherCAT-Servoverstärker AX5100 zum Einsatz. Die kompakten Servos in Kombination mit dem minimalen Verkabelungsaufwand erfüllen eine der Hauptforderungen von PostProcess: geringer Platzbedarf und Installationsaufwand. „Außerdem vereinfacht die Kombination von OCT-Motoren, Servoverstärkern und EtherCAT als Antriebsbus die Inbetriebnahme,“ so Hutchinson. EtherCAT ist bei PostProcess das Standard-Kommunikationsprotokoll für alle Maschinen für die Serienfertigung. Als Grund führt Hutchinson die unerreichten Kommunikationsgeschwindigkeiten auf Mikrosekundenebene an sowie die flexiblen Topologie-Optionen und die einfache Einbindung von Komponenten von Drittanbietern. In allen Produktionslinien von PostProcess sind EtherCAT-I/O-Klemmen im Einsatz – auch für die Sicherheitstechnik wie Not-Halt-Taster und Schutztüren, die über Twinsafe-I/O-Klemmen eingebunden werden.

Reduzierte Programmierzeiten und -kosten sind ein Schlüsselvorteil

Die Antriebssteuerung erfolgt über TwinCAT 3 NC PTP und Servoverstärker vom Typ AX5103.

Die Antriebssteuerung erfolgt über TwinCAT 3 NC PTP und Servoverstärker vom Typ AX5103. Beckhoff

Die Reduzierung der Entwicklungszeit ist der wichtigste Vorteil, den PostProcess mit der Implementierung der EtherCAT- und PC-basierten Steuerung erzielt hat. „Unsere Entwicklungszeit hat sich halbiert“, berichtet Marc Farfaglia, Engineering Manager. Er führt das auf die Flexibilität der Automatisierungssoftware zurück sowie auf die Möglichkeit, Funktionsbausteine zu nutzen und vorhandenen Code wiederzuverwenden. Zudem bietet TwinCAT als Ergänzung zur Automat3D-Software weitere Vorteile im Engineering, die Daniel J. Hutchinson präzisiert: „Die Möglichkeit, professionelle Tools wie Microsoft VisualStudio und Visual Studio Team Services für die Entwicklung und das Konfigurationsmanagement zu verwenden, hat Verbesserungen bei der Entwicklungszeit, Organisation und Einarbeitungszeit für unsere Entwickler erbracht.“ Er hebt hervor, dass PostProcess die Hardware- und Softwareintegrationszeit bei der Entwicklung durch den ‚Nur-Software‘-Simulationsmodus erheblich senken konnte.

Da der Markt für 3D-Druck und additive Fertigung weiterhin stark wächst, ist es genau dieser Grad an Flexibilität, den OEMs wie PostProcess brauchen, um die Zukunft der Branche aktiv mitgestalten zu können.

SPS IPC Drives: Halle 7, Stand 406