Die im Begriff „Advanced Manufacturing“ angesprochene Fortschrittlichkeit besteht darin, dass Produkte mit bestimmten Merkmalen überhaupt erstmals produzierbar sind, dass bisherige Verfahren des Rapid Prototyping vom Engineering in die Produktionshallen wandern und dass individuelle Kundenanfragen auch für Serienfertiger zu einer gänzlich neuen Chance werden. Diese Forschungsfelder werden am Institut für Fertigungstechnik in der im Bau befindlichen „smartfactory@tugraz“ für Studierende und für Industriepartnerinnen und -partner zusammengetragen und systematisch weiterbearbeitet.
Selective Laser Melting
Additive Fertigungsverfahren (besser bekannt als 3D-Druck) finden mittlerweile bei allen Materialien, ob Kunststoff, Metall, Keramik, Beton oder auch biogenen Materialien ihre Anwendung und alle bedürfen weiterhin ihrer höchst spezifischen und wissenschaftlichen Zuwendung. Als eines der Kerninstitute der Smart Production Initiative wird daher das Institut für Fertigungstechnik in seinem Fachbereich „Advanced Manufacturing“ eine „Selective Laser Melting“-Anlage anschaffen, um speziell die metallorientierte Form der generativen Fertigung weiter intensiv beforschen zu können.
Sukzessiver Produktaufbau durch Laserschmelzen von jeweils 0,1 mm starken Pulverschichten.
Mit additiven Aufbauverfahren eröffnen sich völlig neue Welten der Produktgestaltung. Dort, wo bestimmte Körperstrukturen bisher gar nicht herstellbar waren, werden sie plötzlich machbar: Für den Metall-Leichtbau ist es damit ab sofort möglich, das Material nur dort zu platzieren, wo es tatsächlich gebraucht wird. Da die für dieses Verfahren nötigen Metallpulver in mittlerweile allen gängigen Metallsorten zur Verfügung stehen, können alle schon bisher günstigen Eigenschaften der bekannten Werkstoffe weiter genutzt werden. Kühlkanäle müssen nicht mehr aufwendig gebohrt werden, mit dieser Form der generativen Fertigung erzielt man sogar strömungs- und wärmetechnisch wesentlich bessere Ergebnisse. Und nicht zuletzt: Mehrteilige Produkte können oftmals und ab sofort einteilig gefertigt werden. Die Liste an Vorzügen scheint nicht enden wollend. Diese Technologie ist bahnbrechend und wird noch ungeahnte Änderungen in vielen heutigen Geschäftsmodellen bringen.
Bauraum einer Laserschmelzanlage.
Additive Manufacturing
Bis noch vor wenigen Jahren waren die benannten Aufbauverfahren hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit eindeutig und ausschließlich dem Rapid Prototyping zuzuordnen. Technologisch genial, aber zu langsam und zu teuer, um nur annähernd für Fertigungszwecke in größerem Maßstab eingesetzt werden zu können. Stark wachsende Aufbauraten einerseits und eine stark wachsende Anzahl an Herstellerinnen und Herstellern andererseits führen die Technologie des Additive Manufacturing jedoch vom Engineering Tool unaufhaltsam in die Anwendungsfelder der eigentlichen Fertigung.
Der Aufwand in der Arbeitsvorbereitung wird geringer, die Anschaffung und der Einsatz von Spezialwerkzeugen und Vorrichtungen entfallen und Fügeoperationen (Kleben, Nieten, Schrauben) werden vielfach obsolet. Gerade aus Letzterem reduzieren sich Aufwände für ansonsten nötige Lagervorhaltungen und Materialdispositionen und führen so zu jenen Einsparungen, die Investitionen in diese neue Form der Fertigung immer schneller amortisierbar machen. Dem bisherigen Einwand, dass Teile aus der additiven Fertigung vielfach nicht den hohen Sicherheits- und Stabilitätskriterien im Maschinenbau gerecht werden und damit für eine Serienfertigung ohnehin untauglich wären, kann zunehmend und beispielhaft begegnet werden: Airbus baut Halterungen für den Hydrauliktank im 3D-Druck und Boeing hält seit einem halben Jahr die Bewilligung der amerikanischen Luftfahrtbehörde in Händen, die Einspritzdüsen ihrer Turbinen aus additiver Fertigung einbauen zu dürfen.
smartfactory@tugraz
Advanced Manufacturing umfasst nicht nur die Darstellung und Beherrschung von Einzeltechnologien, sondern forciert über die aktuellen Möglichkeiten der Digitalisierung die Bildung von transparenten, durchgängigen und vor allem schnellen Prozessketten, die über die Betriebe hinaus auch vor- und nachgelagerte Prozessschritte einbinden kann. Das macht Advanced Manufacturing als Element einer viel zitierten Produktion 4.0 gerade auch aus der Perspektive der Kundin beziehungsweise des Kunden zu einer wertvollen und zukunftsträchtigen Fertigungsstrategie. Zwecks Forschung und Demonstration dieser revolutionierenden Angebote wird an der TU Graz am Campus Inffeldgasse derzeit eine 250 m2 große Modellfabrik errichtet, die unter dem Namen smartfactory@tugraz geführt werden wird. Die Einrichtung mit modernsten Anlagen und der dazu nötigen IT-Architektur soll intelligente Verkettungen, mögliche Interaktivitäten und hoch flexible Belegungen einer fortschrittlichen Fertigung zeigen, die sich zusätzlich zum Ziel gesetzt hat, in einer solchen Umgebung auch reale Produkte für die Industrie zu erzeugen. Die smartfactory@tugraz wird damit ein Forschungsplatz und Treffpunkt sowohl für die Institute und die Studierenden als auch für die Industriepartnerinnen und -partner der TU Graz werden.
