AM-Spezialist Frank Gersbach über die Möglichkeiten im 3D-Druck Urma setzt auf Additive Manufacturing

Von Matthias Böhm

Die Urma AG setzt - parallel zu Markforged - neu auf die 3D-Druck Technologie, von EOS. Damit positioniert sich Urma im Additive Manufacturing (AM)- im Metall- und Kunststoffbereich technologisch im High-End-Segment. AM-Spezialist Frank Gersbach verantwortet diesen Sektor bei der Urma AG. Er verfügt über langjähriges AM-Know-how aus der Turbinenentwicklung.

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Die EOS-Anlagen werden in der Schweiz neu von Urma vertrieben. Frank Gersbach (Manager Additive Manufacturing) und Yannick Berner (Director Digital & Marketing) gehen von einem Technologieschub aus.
Die EOS-Anlagen werden in der Schweiz neu von Urma vertrieben. Frank Gersbach (Manager Additive Manufacturing) und Yannick Berner (Director Digital & Marketing) gehen von einem Technologieschub aus.
(Bild: Matthias Böhm)

SMM: Neu hat die Urma AG die Schweizer Vertretung von EOS erhalten. Was bedeutet der Wechsel auf EOS AM-Systeme aus technologischer Sicht?

Frank Gersbach: EOS ist nicht nur der Pionier im 3D-Additiv Manufacturing-Verfahren (AM), EOS ist auch Technologieführer. In 25 Jahren ist EOS auf heute 1350 Mitarbeiter gewachsen, verfügt über hohe Kompetenzen in der Entwicklung als auch Anwendung des AM. Sie produzieren rund 500 Anlagen im Jahr, jeweils zur Hälfte Metall- und Kunststoff AM-Systeme.

Parallel zu EOS verfügen Sie auch über die Markforged-Vertretung.

F. Gersbach: Korrekt, wir setzen neben dem amerikanischen Hersteller Markforged neu auf EOS als Technologieführer. Dabei handelt es sich um unterschiedliche AM-Technologien. Unsere Kunden können mit uns als AM-Technologiepartner ab sofort ein breiteres Portfolio im AM-Bereich nutzen. EOS ist führend im industriellen 3D-Druck im Laser-Pulverbettverfahren sowohl im Bereich der Metalle als auch der Kunststoffe. Dazu kommen die Composite FDM-Drucker von Markforged. Wir haben damit unser AM-Portfolio komplettiert und können unseren Schweizer AM-Kunden eine grosse Bandbreite von AM-Lösungen anbieten.

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Wo liegen die Anwendungsbereiche dieser Verfahren?

F. Gersbach: Die im Laser-Pulverbettverfahren hergestellten Bauteile weisen hervorragende mechanische Eigenschaften, hohe Präzision und Detailtreue sowie gute Oberflächeneigenschaften auf. Bauteile aus Kunststoff können ohne Stützstrukturen in kleinen bis mittelgrossen Stückzahlen günstig gefertigt werden. Damit eignet sich die Technologie sehr gut für den Einsatz hochwertiger und komplexer Endprodukte, die mit konventionellen Technologien nur sehr aufwendig oder gar nicht hergestellt werden können. Die Stückzahlen bewegen sich vom Prototypenbau bis hin zu mittelgossen Serien.

Wann ist es aus Ihrer Sicht sinnvoll, auf AM zu setzen, gibt es da Anhaltswerte?

F. Gersbach: Das entscheidet sich oft aufgrund der Bauteil-Spezifikationen als auch den generellen Rahmenbedingungen. Bauteile eignen sich typischerweise für das Laser-Pulverbettverfahren wenn sie durch eine gewisse Komplexität oder Leichtbau einen Mehrwert für die Anwendung schaffen. Viele Bauteile, die beispielsweise früher nur im Gussverfahren hergestellt werden konnten, lassen sich heute im 3D-Druckverfahren produzieren. Das lohnt sich dann auch ggf. für die Kleinserienproduktion, anstelle von Guss. Aber letzten Endes muss das immer im jeweiligen Einzelfall geprüft werden, welches Verfahren sinnvoll ist. Typischerweise ist es so, dass Unternehmen, welche die additive Fertigung in ihre Produktion eingegliedert haben, immer mehr Komponenten entdecken, die sie mit AM fertigen. Der Kontakt mit der AM-Technologie erweitert das Bewusstsein der Mitarbeiter AM-spezifisch zu denken und zu produzieren. Plötzlich entstehen Lösungen, an die man früher überhaupt nicht denken konnte, weil sie schlicht nicht herstellbar waren. Ich würde fast sagen, dass AM und das Loslassen vom traditionellen subtraktiven Fertigungsdenken die Kreativität und Lösungsfindung positiv beeinflusst.

Wie oben bereits angesprochen verfügen Sie neben EOS über Lösungen des amerikanischen Herstellers Markforged, mit dem Sie Kunststoffe – verstärkt mit Kurz- oder Endlosfasern - im 3D-Druckverfahren herstellen können. Was bringt das konkret für die Anwendungen?

F. Gersbach: Die Markforged-Drucker sind eine relativ einfach zugängliche AM-Technologie mit einem sehr breiten Marktpotential. Die Druck-Genauigkeiten liegen im Bereich von +/- 0.05 mm. Die Einstiegshürden sind sehr klein. Das liegt auch am Preis, der bei 5000 CHF beginnt. Die Markforged-Drucker arbeiten im Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren mit einem Filament, das aufgeschmolzen und aufeinandergelegt wird. Die Drucker sind sehr einfach zu bedienen. Ich hatte kürzlich einen Kunden, der sagte seine Tochter solle geschult werden, da hatte ich mir erst nichts bei gedacht, aber sie war erst 11. Sie hat den Umgang mit dem Drucker extrem schnell erfasst, das war schon beeindruckend. Der damit auf der Hand liegende Werbeslogan «Kinderleicht zu bedienen» wurde von uns bisher noch nicht öffentlich kommuniziert.

Welche technologischen Eigenschaften besitzen die Bauteile der Markforged-Drucker?

F. Gersbach: Die mit der Markforged Technologie gedruckten Verbundwerkstoffe weisen sehr hohe Festigkeiten, hohe Präzision sowie ausgezeichnete Oberflächen auf. Das bedeutet, dass man mit dieser Technologie zum Beispiel bisher gefräste Aluminiumbauteile schnell und kostengünstig auf einem Markforged Drucker herstellen kann, wie gesagt im Bereich von +/- 50 Hundertstel fixfertig. Wir nutzen die Technologie auch inhouse. In der eigenen Urma Werkzeugfertigung haben wir ein grosses Potential im Bereich der Betriebsmittel, Lehren, Spannbacken, Greifer, Montagehilfen und Vorrichtungen erkannt, bei denen wir das Verfahren konsequent einsetzen. Unsere Produktionsmitarbeiter waren begeistert von dem Verfahren. Aus dieser Erfahrung heraus, haben wir Markforged überzeugt, dass wir als Schweizer Vertriebspartner die AM-Technologie unseren Kunden anbieten.

Das Markforged-System kann auch Endlosfaser-verstärkte Kunststoffe drucken, was bedeutet das?

F. Gersbach: Ja, neben reinen Thermoplasten können die Drucker Verbundwerkstoffe mit Kurzfasern als auch mit Langfasern generieren. Die Kurzfasern sind dem Polymerfilament beigemengt und entsprechend vernetzt. Die Langfasern aus Fiberglas, Kevlar oder Carbon sind mit Polymer vorbehandelt und werden parallel zur thermoplastischen Matrix auf das Bauteil aufgetragen, womit sich eine sichere Vernetzung mit der Polymermatrix ergibt. Die Faserorientierung kann in der Ebene 2-achsig variiert werden. Auch Einlegeteile wie Gewindemuttern, Büchsen, Stifte oder Magnete können in die AM-Bauteile integriert werden, somit können die Bauteile perfekt auf die spezifischen Anforderungen ausgelegt werden.

Sie persönlich beschäftigen sich seit über 10 Jahren mit AM im High-Endbereich. Wie haben sich die Anwendungen und die Verbreitung des AM-Verfahrens in der Schweiz über die letzten Jahre aus Ihrer Sicht entwickelt?

F. Gersbach: Die additive Fertigung hat ganz klar den Weg von den Hochschulen in die Schweizer Fertigungslandschaft gemacht. Im Bereich des Prototypenbaus und der Nullserien haben die meisten Industrieunternehmen bereits sehr früh ihre ersten Erfahrungen gemacht. Im Metallbereich und bei qualitativ hochwertigen SLS-Kunststoffanwendungen lief es grösstenteils über externe Dienstleister, da die Anfangsinvestitionen in solche Anlagen relativ hoch sind. Das ändert sich aber, weil auch in KMU konsequenter an AM-Anwendungen und -Lösungen gedacht wird. Auf der anderen Seite sind relativ einfache und kostengünstige Kunststoffdrucker bereits weit verbreitet. Hier ist aus unserer Sicht die Markforged Technologie perfekt für den Einstieg in die qualitativ hochwertige industrielle additive Fertigung.

Die AM-Verfahren inklusive der entsprechenden Möglichkeiten und Potentiale werden seit einigen Jahren auch an Hochschulen gelehrt. Wie macht sich der zunehmende Know-how-Transfer von der Hochschule in die Unternehmen aus Ihrer Sicht bemerkbar?

F. Gersbach: Die Möglichkeiten des AM werden immer mehr an den Hochschulen wie auch in der klassischen Berufslehre vermittelt. Somit sind mehr und mehr Konstrukteure mit den neuen Möglichkeiten der Additiven Fertigung vertraut und können diese im Produktdesign von Grund auf anwenden. Dieser Know-how-Transfer führt dazu, dass sich die Technologie immer mehr in den Unternehmen etabliert. Es führt auch dazu, dass es immer mehr innovative Anwendungen und Bauteile gibt, die dem Kunden Dank AM einen echten Mehrwert bieten. Die Innovation kommt also letztendlich tatsächlich im Produkt an. Die Technologie hat sich etabliert, man sollte sich nicht scheuen einzusteigen. Ganz im Gegenteil, viele Mitarbeiter freuen sich über die neuen innovativen Möglichkeiten, die ihnen AM bietet.

Was sind die wichtigsten Materialien im Metallbereich?

F. Gersbach: Für die EOS-Anlagen stehen Stahllegierungen wie Edelstähle oder Werkzeugstähle, über Aluminium-, Kupfer- und Titanlegierungen bis hin zu Wolfram- oder Nickelbasislegierungen zur Verfügung. EOS bietet also ein sehr breites Spektrum an Metall-Pulvern an. Das Pulver ist wesentlich für die Qualität des Bauteils, weshalb wir empfehlen mit dem EOS-Pulver zu arbeiten. Somit sind Pulver, Prozessparameter und die 3D-Druck Anlage perfekt aufeinander abgestimmt, die beste Voraussetzung für ein qualitativ hochwertiges Bauteil.

Wie flexibel sind die EOS AM-Systeme, wenn man das Material wechseln möchte.

F. Gersbach: Das ist ein sehr wichtiges Thema. Wenn man beispielsweise von Aluminium auf Titan oder Stahl wechseln will, ist das generell machbar. Bestimmte EOS-Anlagen im Metall- und Kunststoffbereich sind auf solche Pulverwechsel ausgelegt, andere eher nicht. Der Arbeitsaufwand für das Reinigen und Umbauen hängt von der Komplexität der jeweiligen Anlage ab, kann aber speziell bei Metallanlagen einige Stunden in Anspruch nehmen.

Wenn Unternehmen erstmalig auf AM setzen, wie integriert man eine solche Technologie in das Unternehmen.

F. Gersbach: Es ist nicht damit getan, einfach die Maschine zu installieren und dann auf den Startknopf zu drücken. Man sollte im Vorfeld Schulungen mit den zuständigen Mitarbeitern machen, die wir zusammen mit EOS und anderen Partnern anbieten. Die Unternehmen sollten analysieren, wie sich die AM-Verfahren optimal in die bestehende Produktion integrieren lassen, um den maximalen Nutzen daraus zu ziehen. Da die Urma AG sowohl im Dreh- als auch Fräsbereich inklusive Automation ausgezeichnet positioniert ist, verfügen wir über ein sehr gutes Know-how, wie die verschiedenen Fertigungs-Prozesse miteinander getaktet und vernetzt werden können.

Aus welchen Bereichen kommen Ihre Kunden und für welches Produktportfolio wird AM aktuell eingesetzt?

F. Gersbach: Unsere Kunden in der Schweiz kommen vorwiegend aus dem allgemeinen Maschinenbau, dem Werkzeugbau, der Energietechnik, sowie der Medizin- und Dentaltechnik. Dazu kommen Dienstleister, die ihre Druckerkapazitäten für weitere Branchen anbieten. Der Grossteil der Kunden nutzt AM für die Eigenfertigung von hochwertigen Komponenten. Einige Kunden nutzen die Technologie, um ihre Entwicklungszeiten mit funktionellen Prototypen zu verkürzen, andere um die Ersatzteilversorgung des eigenen Maschinenparks selbst in die Hand zu nehmen.

Heute ist vermehrt die Rede von unterbrochenen Lieferketten. Ist das für AM-Technologien auch eine treibende Kraft?

F. Gersbach: Die Lieferkettenproblematik ist gerade in den letzten beiden Corona-Jahren stark ins Bewusstsein gerückt.Somit kann es aus logistischer Sicht sinnvoll sein, wieder auf Inhouse-Produktion zu setzen. Dafür eignet sich der 3D-Druck hervorragend.

Bieten Sie Weiterbildungsmöglichkeiten an, um Kunden, die auf AM setzen, zu schulen?

F. Gersbach: Ja, wir bieten je nach Bedarf individuelle Weiterbildungsmöglichkeiten, teils auch mit Unterstützung von EOS oder Hochschulpartnern, an. Dies beginnt oft im Bereich der Technologieübersicht. Es gibt eine Vielzahl von additiven Technologien, die es bzgl. Vor- und Nachteilen zu unterscheiden gilt. Dies ist für einen Neueinsteiger fast unmöglich. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Konstruktion, Stichwort „Design for Additive“, denn hier gilt es die Vorteile der additiven Fertigung möglichst gut auszunutzen. Bei Verkaufsprojekten rückt auch regelmässig die richtige Auswahl der Prozesskette rund um den 3D-Druck herum in den Vordergrund. Hier profitieren die Kunden von den Erfahrungen aus der Urma Werkzeugherstellung sowie der Automationslösungen und der Werkzeugmaschinen.

Vermehrt gibt es Dienstleister, die zu 100% auf AM-Lösungen setzen und damit sich auf diese Technologie fokussieren. Aber auch Unternehmen, die AM in ihr Unternehmen integrieren und die Fertigung ergänzen. Welchen Weg wird die zukünftige Entwicklung gehen?

F. Gersbach: Die Entscheidung die Technologie über einen Dienstleister zu beziehen oder sie selbst in das eigene Unternehmen zu integrieren, hängt von wirtschaftlichen, aber auch strategischen Überlegungen ab. Beide Varianten haben ihre Berechtigung. Daher denke ich, dass sowohl bei den Dienstleistern als auch bei den produzierenden Unternehmen eine stärkere Verbreitung der Technologie zu erwarten ist. Speziell bei Hightechprodukten oder der Medizintechnik spielt die Sicherung des eigenen Know-hows eine grosse Rolle, wodurch die AM-Technologie fast ausschliesslich ins eigene Unternehmen integriert wird. Damit kein Know-how ausserhalb des Unternehmens geht, setzen also viele Unternehmen auf inhouse-Fertigung. Es stehen auch mehr und mehr gut ausgebildete Fachkräfte zur Verfügung, die Einstiegshürde sinkt.

Welche Entwicklungspotenziale sehen Sie bezüglich der Serienfertigung im 3D-AM-Verfahren?

F. Gersbach: Stand heute rechnet sich die additive Fertigung eher für kleinere bis mittelgrosse Serien. Die Entwicklung der Anlagentechnologie läuft jedoch schnell. Die Anlagen werden grösser, sodass mehr Bauteile in einem «Baujob» realisiert werden können. Anlagenarchitekturen werden mehr und mehr auf die Prozesse der Serienfertigung optimiert. Es kommt vermehrt die Multi-Laser Technologie zum Einsatz, bei der mehrere Laser parallel arbeiten, um grössere Aufbauraten zu realisieren. Speziell im Kunststoff Bereich wird es bei EOS demnächst mit dem LaserProFusion (LPF) einen Technologiesprung geben, der die Produktivität der Anlagen gar um ein Vielfaches steigern wird. Daneben wird viel an der Automation der 3D-Druck-Anlagen und an der digitalen Fabrik der Zukunft gearbeitet. Da wird einiges auf uns zukommen.

Können Sie Beispiele nennen, wo AM-Verfahren Vorteile generiert hat?

F. Gersbach: Erstes Beispiel: Ein Kunde hat im vergangenen Jahr die DMLS Metalldruck-Technologie in seinem Werkzeugbau integriert. Er stellt mittels 3D-AM-Verfahren Spritzguss- und Fügewerkzeuge aus rostfreiem Werkzeugstahl her, die mittels konturnaher Kühlung thermisch optimiert wurden. Damit konnte er die Produktivität der Fertigungsanlagen aber auch die Standzeiten seiner Werkzeuge massiv steigern. Zweites Beispiel: Ein Kunde benötigt für seine Förderanlagen eine grosse Anzahl von Kunststoffteilen, die er in der Vergangenheit extern im Spritzgussverfahren herstellen liess. Da die Variantenvielfalt immer mehr zunahm wurde aufgrund der Werkzeugkosten der Spritzguss unattraktiv. Mit der EOS SLS-Technologie stellt er nun seine Kunststoffteile selbst „in-house“ her. Zum einen erleichtert ihm die Technologie die Entwicklungsarbeit mit funktionellen Prototypen enorm, wodurch er kürzere Entwicklungszyklen erreicht. Zum anderen erlaubt sie ihm die Variantenvielfalt beliebig zu erhöhen, um damit besser für den Kunden angepasste Anlagen anbieten zu können. Somit verkürzt das Unternehmen seine Time-to-Market und seine Konkurrenzfähigkeit steigt.

Sie sprachen auch davon, dass benötigte Ersatzteile neu gedruckt werden können.

F. Gersbach: Ja natürlich, einer unserer Kunden hat die Ersatzteilversorgung seines Anlagenparks selbst in die Hand genommen. Zunächst hat er damit begonnen die kritischen Komponenten zu identifizieren und 3D-Modelle davon zu generieren. Mit dem Markforged Drucker druckt er nun die Teile aus, die sonst lange Lieferzeiten aufweisen oder aufgrund des hohen Alters der Anlagen teilweise gar nicht mehr lieferbar sind. Wie gesagt, wenn solche fertigungstechnischen Möglichkeiten in der Produktion vorhanden sind, ergeben sich relativ schnell eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten, an die man zuvor gar nicht gedacht hat. Das ist das faszinierende an den additiven Fertigungstechnologien. SMM

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