Arburg: On demand generativ produzieren Digitalisierung und generative Fertigung

Der Kunststoffmaschinenhersteller Arburg zeigt in Hannover das Konzept einer digitalisierten AM-Factory. Bauteile aus Kunststoff lassen sich flexibel und kurzfristig nach Bedarf als Einzelstücke und in kleinsten Serien vollständig automatisiert generativ herstellen.

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Die zur Messe installierte AM-Factory fertigt innerhalb weniger Stunden Vakuumgreifer für Schachfiguren in sechs unterschiedlichen Varianten. Dabei können Besucher beispielhaft als Auftraggeber die jeweils individuell gewünschte Variante wählen und fertigen lassen. Die als schlüsselfertige Anlage konfigurierte automatisierte Fertigung produziert also nach aktuellem Bedarf die jeweilige Variante. Integriert ist dazu ein 3D-Drucker Freeformer 300-3X.

Dank Digitalisierung rückverfolgbar

Die Fertigung der Vakuumgreifer ist in der AM-Factory lückenlos und vollständig rückverfolgbar. Dafür sorgt die von Arburg verwirklichte Software ATCM (Arburg Turnkey Control Module). Sie sammelt, visualisiert und übermittelt sämtliche relevanten Prozessdaten. Dazu berichtet Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg: «Mit über 30 Jahren Erfahrung in der IT-vernetzten Produktion sind wir Vorreiter unserer Branche zum Thema Digitalisierung und Industrie 4.0. Ich bin überzeugt, dass eine Kombination von Additive Manufacturing, Automation und Digitalisierung enormes Potenzial bietet und der kunststoffverarbeitende Betrieb damit fit für die Zukunft wird.»

Die automatisierte Anlage produziert für jede Figur – Dame, König, Läufer, Springer, Turm oder Bauer – eine angepasste Greifervariante. Zentrale Komponenten dafür sind ein Freeformer 300-3X, ein Sechs-Achs-Roboter und das Scada-System Arburg Turnkey Control Module (ATCM). Darüber hinaus gibt es eine modulare und skalierbare Sicherheitssteuerung. Diese hat der Hersteller eigens für komplexe Turnkey-Anlagen entwickelt. Nur so kann man den zunehmend strengeren Forderungen nach Überwachung und Sicherheit entsprechen.

Vorteile von 3D-gedruckten Betriebsmitteln

Effiziente Werkzeughilfsmittel durch 3D-Druck herstellen

Schrittweise zum individualisierten Bauteil

Den Auftrag für die gewünschte Variante eines Vakuumgreifers startet der Bediener an einem Terminal. Jedes Bauteil erhält zunächst in der Software ATCM automatisch ein eigenes Kennzeichen (ID). Ein sechsachsiger Industrieroboter (Kuka) sorgt für den Transport, das Handling und das Positionieren der erforderlichen Vorrichtungen und der Werkstückträger innerhalb der automatisierten Anlage. Er entnimmt eine Grundplatte aus dem Schachtmagazin und bringt sie zur ersten Station zum Beschriften mit einem Laser. Dort wird sie mit einem DM-Code gekennzeichnet und ist eindeutig rückverfolgbar. Das Einlegeteil wird auf einem Werkstückträger platziert, in der nächsten Station plasmabehandelt und anschliessend gescannt. Dann wird es in den Bauraum des 3D-Druckers Freeformer 300-3X eingelegt. Entsprechend dem in der Software vorgesehenen 3D-Druck-Auftrag erstellt der 3D-Drucker die individuelle Funktionskomponente aus dem Elastomer TPU (Desmopan 9370). Das dauert nur 3 min. Der derart generierte Vakuumgreifer wird entnommen, erneut gescannt und noch in der Fertigungszelle taktil auf seine Funktion geprüft. Dazu wird die gewünschte Schachfigur angesaugt und auf einem Schachbrett auf mehrere Positionen abgestellt.

Prozess- und Qualitätsdaten zentralisiert

Dabei erfasst das Scada-System ATCM die Prozess- und Qualitätsdaten und führt sie zusammen. Über ein Terminal (Human Machine Interface) mit Touch-Panel visualisiert die Software zudem die wichtigen Funktionen der kompletten Fertigungszelle. Die Daten werden über Schnittstellen gemäss OPC UA übertragen. Diese sind zur offenen, herstellerübergreifenden Kommunikation in Produktionen nach dem Konzept Industrie 4.0 entwickelt und standardisiert. Anhand des bei Produktionsbeginn gelaserten DM-Codes ist jeder Vakuumgreifer lückenlos und durchgängig rückverfolgbar. Auf einer individuellen Website werden nach dem Einlesen der Kennzeichnung relevante Fertigungsdaten gezeigt. Das betrifft zum Beispiel die Bauzeit, den Werkstoff, die Tropfenanzahl und die Temperatur im Bauraum.

Innovativer 3D-Drucker

Der 3D-Drucker Freeformer 300-3X lässt sich problemlos automatisiert in vernetzte Fertigungslinien integrieren. Die Tür zum Bauraum wird von der Steuerung eines Roboters geöffnet und geschlossen. Dazu stehen entsprechende Verbindungen zur Datenübertragung bereit. Mit drei direkt beheizten Austragseinheiten kann der 3D-Drucker in seinem grossen Bauraum für Bauteile mit Abmessungen bis 234 x 134 x 230 mm aus zwei Kunststoffkomponenten und Stützwerkstoff komplexe und belastbare Funktionsbauteile in Hart-Weich-Verbindung herstellen. Das vom Hersteller Arburg verwirklichte Kunststoff-Freiformen (AKF) arbeitet weitgehend unabhängig vom Werkstoff. Man bezeichnet das als offenes System. Generiert werden die Bauteile üblich aus qualifizierten Originalkunststoffen. Diese können wie beim Spritzgiessen als wirtschaftliche Granulate eingebracht werden.

Universell einsetzbar

Hinsichtlich der Branchen und Anwendungen ist die vorgestellte automatisierte Anlage mit dem integrierten 3D-Drucker Freeformer äusserst universell. Industriell lassen sich auf ihr individualisierte Kunststoffteile für Konsumgüter, medizinische Einzelteile (Implantate), Betriebsmittel sowie funktionale Ersatzteile herstellen. Darüber hinaus kann die Anlage dazu dienen, durch die Kombination von additiver Fertigung, Spritzgiessen und Industrie-​4.0-Technologien in grossen Serien gefertigte Bauteile als Einzelstücke zu veredeln und zu individualisieren. Weiters eignen sich die 3D-Drucker Freeformer bevorzugt für den Leichtbau und zum Beispiel für bionische Strukturen.

Umfassende Digitalisierung

Um das Konzept Industrie 4.0 mit einer weitgehenden Digitalisierung zu verwirklichen, gibt es vom Hersteller der Kunststoffverarbeitungsmaschinen eine Vielzahl an Konzepten und Softwares.

Dazu gehören unter anderem digitale Assistenzsysteme für Allround-Spritzgiessmaschinen. Ebenso stellt der Hersteller Software zur vorausschauenden Wartung (Predicitive Maintenance), zur Erfassung von Maschinendaten (MES) und zum Fernzugriff (Remote Service) auf die Steuerungen seiner Maschinen zur Verfügung. Das bereits im Jahr 1986 verwirklichte Leitrechnersystem ALS entwickelt der Hersteller fortlaufend weiter und passt es an aktuelle Forderungen an. Als zentraler Baustein von Industrie 4.0 ermöglicht es, Daten online über Produktionseinrichtungen und -standorte hinweg (horizontale Integration) sowie mit einem PPS/ERP-System (vertikale Integration) zu kommunizieren. So kann das Leitrechnersystem sämtliche relevanten Produktions- und Qualitätsdaten erfassen, archivieren und beispielsweise auch auf mobilen Kommunikationsgeräten Daten zu Maschinen, Wartungsintervallen, aktuellen Aufträgen und zur Produktionsqualität bereitstellen.

In Verbindung mit dem Hersteller können Anwender der Software und der Maschinen künftig über eine gemeinsame Datenbasis (Cloud) mehrere mobile Applikationen (APP) nutzen. Dazu gehören das «Machine Center», das zu jeder Maschine wichtige Informationen und Dokumente enthält, der «Shop» zum Bestellen von Ersatzteilen und das «Service Center» zum Kontakt mit den Servicespezialisten des Herstellers. - kmu - SMM

Hannover Messe, Halle 6, Stand J10

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