3D-Druck und traditionelle Fertigungsverfahren in einer Maschine

3D-Drucken – oder Additive Manufacturing, also additives Fertigen – bietet im Vergleich zur traditionellen Herstellung eines Werkstücks eine sehr große Formenvielfalt. Hybride Werkzeugmaschinen, die beide Techniken in einer Fertigungsstation vereinen, sind ein relativ junges Konzept und eröffnen völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten.

NX Hybrid Additiv Manufacturing von Siemens ist eines der ersten Konstruktionsprogramme für eine solche Maschine. Auf der Werkzeugmaschinenmesse EMO in Mailand stellte Siemens seine Lösung an einer Hybridmaschine von DMG Mori vor, die Laserauftragschweißen und ein mehrachsiges Fräswerkzeug kombiniert.

Als industrieller Anwender setzt Siemens schon länger auf additive Fertigungstechniken wie zum Beispiel das Laserauftragschweißen zum schichtweisen Aufbringen von Metallen. Die Produktionszeit von Brennerköpfen für Gasturbinen sank zum Beispiel um bis zu 90 Prozent, seit sie direkt auf den Brennerrumpf aufgedruckt werden. In ähnlicher Weise kann man ein Produkt traditionell in Serie fertigen und dann individuelle Komponenten aufdrucken.

Außerdem ermöglicht der 3D-Druck völlig neue Formen wie zum Beispiel wabenartige Strukturen. Und bisher massiv ausgelegte Teile können mit 3D-Druck relativ einfach mit Hohlräumen versehen werden, um Gewicht zu sparen.

Wird eine hohe Genauigkeit gefordert, so lassen sich additive Fertigungstechniken und traditionelle Verfahren kombinieren. Eine optimale Lösung sind daher hybride Maschinen, mit denen man an einer Arbeitsstation ein Werkstück durch Materialauftrag aufbauen und anschließend hochgenau nachbearbeiten kann.

Optimale Unterstützung mobiler, digitaler Arbeitsabläufe

Eine Fertigungsmaschine muss für additive Techniken grundsätzlich anders programmiert werden. Beispielsweise unterliegen die Wege, die der Druckkopf abfährt, völlig anderen Vorgaben als die Wege eines Fräskopfs. Dazu kommt die Temperatur als zusätzlicher Steuerungsparameter. Beim Laserauftragschweißen wird die zu bearbeitende Stelle erwärmt und Metall aufgeschmolzen. Welche Wärmemenge der Druckkopf aufbringt, hängt von der Temperatur des Werkstücks ab.

Je mehr Zeit seit dem letzten Bearbeitungsschritt vergangen ist, desto stärker ist es abgekühlt und desto mehr Laserleistung muss der Druckkopf aufbringen. In hybriden Maschinen kommt hinzu, dass zwischen additiven und subtraktiven Schritten sinnvoll gewechselt werden muss – beispielsweise um ein gedrucktes Teil nachzubearbeiten, bevor es von nachfolgenden Teilen so verdeckt wird, dass es für die Fräse nicht mehr zugänglich ist.

Siemens hat deshalb seine PLM NX Software für das Design, die Konstruktion und die Fertigung von Produkten um das Modul NX Hybrid Additiv Manufacturing erweitert. Die Software erlaubt die Konstruktion von Produkten mit einer Kombination aus subtraktiven und additiven Techniken und sorgt für einen sinnvollen Ablauf der einzelnen Prozessschritte. Sie simuliert den gesamten Fertigungsvorgang und überträgt den geprüften Prozess auf die Maschinensteuerung. Derzeit ist die NX Hybrid Additiv Manufacturing speziell für die Lasertec 65 3D von DMG Mori und für die CNC-Steuerung Sinumerik 840D sl von Siemens ausgelegt.
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