Hybride Technologien für die Praxis

VDMA Ost, BTU

Unter dem Motto "Hybride Technologien für die Praxis" diskutierten Ende Oktober 2017 in Cottbus mehr als 100 Teilnehmer den Entwicklungsstand und die Potenziale hybrider Prozesse, Maschinen und Produkte für den Leichtbau. Hinterfragt wurden unter anderem die Produkteigenschaften sowie Wechselwirkungen der Technologien.

Unternehmer stehen in einem immensen Spannungsfeld. Zum einen wollen sie die vielfältigen Kundenwünsche erfüllen – zum anderen müssen die Produkte technisch und vor allem auch wirtschaftlich umsetzbar sein. Wenn es um die effiziente Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen geht, stoßen konventionelle Fertigungsstrategien an ihre Grenzen.

Der Leichtbauworkshop Ende Oktober 2017 in Cottbus zeigte den 120 Teilnehmern, wie sich das Spannungsfeld lösen lässt: mit neuartigen hybriden Lösungen. Während der Veranstaltung von VDMA Ost, der Brandenburgischen Technischen Universität und dem Interdisziplinären Forschungszentrum für Leichtbauwerkstoffe PantaRhei schilderten Wissenschaftler und Unternehmer, welche neuen Werkstoffe und intelligenten Prozesse sowie Fertigungsverfahren bereits in der Praxis eingesetzt werden.

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Neue Anforderungen – neue Verfahren

Die Anforderungen an die Produktion wandeln sich: Gefragt sind eine höhere Flexibilität und eine bessere Material- und Energieeffizienz. Unternehmen müssen zudem den Zeitraum von der Idee zum Produkt und dessen Auslieferung immer weiter verkürzen, um im Markt erfolgreich bestehen zu können. Hierfür bieten der belastungsgerechte Leichtbau in Hybridbauweise und robuste additive Fertigungsverfahren ein enormes Potenzial.

Doch der Anteil hybrider, kombinierter und additiver Fertigungsverfahren an der industriellen Produktion sind noch immer gering. Lohnend sind sie vor allem im Leichtbau und überall dort, wo etablierte Fertigungskonzepte ihr Limit erreicht haben. Die Industrie erwartet in den kommenden Jahren einen deutlichen Anstieg des Marktvolumens für 3D-Druck- und Composite-Bauteile sowie für entsprechende Produktionssysteme. Kleine und mittelständische Unternehmen und insbesondere Maschinenbauer können sich in diese Entwicklung erfolgreich einklinken.


Know-how-Vorsprung aufbauen

Auf dem Weg zu einer stärker verbreiteten Anwendung hybrider und kombinierter Verfahren sind noch einige Hürden zu überwinden. Dazu zählen zum einen die hohen Kosten der Maschinen. Zum anderen sind vor allem kleinere Betriebe unsicher, ob sie ihre Aufgaben mit den neuen Verfahren und Maschinen kosten- und qualitätsgerecht lösen können. Doch auch der mittelständische Unternehmer kommt nicht daran vorbei, sich mit der hybriden Technologie auseinanderzusetzen. Vielmehr können diejenigen, die bereits in der jetzigen noch frühen Phase aktiv sind, einen Know-how-Vorsprung aufbauen.

Wie es gehen kann, zeigte die GEFERTEC GmbH. Das Berliner Unternehmen entwickelt Verfahren für die Herstellung von metallischen Bauteilen auf der Basis von Draht. Mit der digital gesteuerten und automatisierten Lichtbogentechnik können die klassischen Fertigungsverfahren – wie Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten, Fräsen und Drehen – eingespart werden. Vorteile: Es lassen sich größere Teile schneller und günstiger bearbeiten. So braucht eine Maschine für die Fertigung metallischer Bauteile nur noch drei Bearbeitungsschritte auszuführen. Die verkürzte Prozesskette führt so zu wesentlich niedrigeren Prozess-, Werkstoff-, Investitions- und Herstellungskosten. Geschäftsführer Georg Fischer verglich die konventionelle Fertigung von endkonturnahen Rohlingen für die mechanische Bearbeitung mit dem neuen additiven Verfahren – demnach ließen sich je nach Anwendung bis zu 60 Prozent der Herstellungskosten sparen.


Wirtschaftlichkeit prüfen

Aber Achtung: Die zunehmende Vielzahl der Möglichkeiten birgt auch Gefahren. Denn nicht jede Verfahrenskombination ist sinnvoll.

Die Fachbeiträge und Diskussionen verdeutlichten, dass es für großvolumige additiv gefertigte Bauteile noch Forschungsbedarf gibt, um eine optimale Nachbearbeitung zu erreichen. Untersucht werden muss beispielsweise, bei welchem Verfahren wann mit Abplatzungen oder Absplitterungen zu rechnen ist, mit welcher Kraft das Werkstück eingespannt werden darf, welcher Kühlschmierstoff wofür geeignet ist und mit welcher Schnittgeschwindigkeit, welchen Vorschüben sowie Drehzahlen die Maschine arbeiten sollte.

Ein wirtschaftliches Konzept für den Gesamtprozess lässt sich oft erst verwirklichen, wenn die neuen Verfahren mit den Vorteilen etablierter Technologien und Maschinen kombiniert werden. Erfolgsentscheidend ist daher, wie die neue Technologie in bestehende Prozesse integriert wird.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, Aachen, hat sich der Entwicklung wirtschaftlicher Anlagenkonzepte verschrieben. Mit leicht bedienbaren Low-Cost-Anlagen für das Laserstrahlschmelzen soll auch kleinen und mittleren Unternehmen der Einstieg in die additive Fertigung erleichtert werden. Schöner Nebeneffekt: Auch Ausbildungseinrichtungen wollen die preiswerten Anlagen für die Aus- und Weiterbildung nutzen.


Funktionsintegration ist großes Plus

Die hybride Fertigung hat viele Gesichter. Ziel ist nicht nur, mehrere (Fertigungs-)Verfahren in eine Maschine zu integrieren. Es geht auch um das Bauteildesign, die Auswahl beziehungsweise Kombination geeigneter Materialien sowie um neue Fügetechniken.

Ansätze für eine hybride Prozessführung stellte die OSCAR PLT GmbH aus dem sächsischen Klipphausen vor. Die Tochter der Kjellberg-Stiftung entwickelte einen neuartigen Laserkopf für die additive Fertigung. Das Innovative daran: Der Laserkopf hat eine zentrale Pulverdüse mit einem ringförmigen Laserstrahl. Dadurch werden eine geringe (Metall)pulverstreuung und eine breite Schutzgasabdeckung erreicht, was das Verfahren schnell und energieeffizient macht.

Dieses Verfahren ermöglicht dem Kunden eine hohe Gestaltungsfreiheit. Diese kann er nutzen für die Funktionsintegration, für leichtere Bauweisen, die Gestaltung von Innenstrukturen und kleinere Dimensionen. So ist es zum Beispiel gelungen, einen kleineren E-Motor mit der gleichen Leistung zu fertigen, indem die erforderliche Kühlung durch eine integrierte Struktur hergestellt wurde.


Arbeitsgemeinschaften ermöglichen direkten Austausch

Ein einzelnes Unternehmen kann kaum den Überblick über neue Entwicklungen behalten. Hilfreich ist da der regelmäßige Austausch, beispielsweise in den beiden VDMA-Arbeitsgemeinschaften (AG) rund um hybriden Leichtbau und Additive Manufacturing.

In der AG Hybride Leichtbau-Technologien haben sich Technologieanbieter, Anwender, Zulieferer und Forschungsinstitute aus verschiedenen Fachzweigen entlang der gesamten Wertschöpfungskette zusammengeschlossen.

Die AG Additive Manufacturing vereint führende Hersteller von industriellen 3D-Druckern für Metalle und Kunststoffe, Konstruktions- und Fertigungsdienstleister, Zulieferer von Materialien, Softwaredienstleister, Automatisierungstechniker sowie Anwender aus verschiedenen Industriezweigen. Zudem steuert knapp ein Dutzend Forschungsinstitute und Hochschulen ständig frisches Know-how bei.


Haben Sie Fragen zum Thema Leichtbau, zu den Arbeitsgemeinschaften oder der Veranstaltung? Wir freuen uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail!
Tilo Sinner, VDMA Ost
: Telefon 0341 521160-15, E-Mail

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