3D-Druck: Qualitätsmanagement in der additiven Fertigung

CONTACT unterstützt ein neues Forschungsvorhaben, das 3D-Druckverfahren sicherer und besser machen will. Dazu bringen wir unsere Expertise für industrielle IoT-Anwendungen, die Software CIM Database PLM und CONTACT Elements for IoT in das Projekt QualiPro 3D ein.

Additive Fertigung oder 3D-Druck ist eine relativ junge Technologie, die stark an Bedeutung gewinnt. Ihre Vorteile gegenüber der konventionellen Fertigung liegen auf der Hand: werkzeuglose Herstellung, Materialeffizienz, Designfreiheit, verkürzte Lieferzeiten, schneller Bau von Prototypen und Kleinserien bis hin zu individuellen Endprodukten.

Marktchancen nutzen

Im Rahmen der Digitalisierung vernetzen sich Kunden und Hersteller zunehmend direkt über das Internet der Dinge (IoT) – sowohl im B2B- wie auch im B2C-Bereich. Hier bietet die additive Fertigung als sogenannte disruptive Technologie immer mehr Branchen die Chance neue Geschäftsmodelle zu etablieren. Schon heute liefern vorausschauende Unternehmen (Ersatz-)Teile, indem sie Daten direkt auf den 3D-Drucker ihrer Kunden streamen. Dies ist nur ein Beispiel für das enorme Potenzial, das generative Verfahren bieten. So schätzt das McKinsey Global Institute, dass damit innerhalb der nächsten Jahre 230 bis 550 Milliarden USD umgesetzt werden können1.

Noch fehlt vielen Herstellern die Praxiserfahrung, um additiv-generative Technologien in der Serienfertigung zu nutzen. Hier setzt das Forschungsprojekt QualiPro 3D – Qualitätsmanagement für die sichere und robuste additive Produktion – an.

Das Projekt

Die Prozessstabilität ist von immenser Bedeutung für ein Fertigungsverfahren. Sie gewährleistet, das qualitativ hochwertige Bauteile reproduzierbar sind, und hilft kostenverursachenden Ausschuss zu vermeiden. Ein striktes Qualitätsmanagement ist unerlässlich – was aber nicht dazu führen darf, dass die Handlungsfähigkeit von Unternehmen negativ beeinflusst wird. Schnelle Durchlaufzeiten, hohe Flexibilität und Maschinenverfügbarkeit und generell eine kontinuierliche Steigerung der Performance sind wichtige Voraussetzungen, um am Markt erfolgreich zu sein.

Im Rahmen von QualiPro 3D wird eine prozessbegleitende Inline-Qualitätssicherung entwickelt, die eine vielversprechende Alternative zur üblicherweise nachgelagerten Bauteilprüfung bietet. Der Fertigungsprozess wird dabei durch Sensorik überwacht, was die schnelle Umsetzung von Maßnahmen zur Qualitätssicherung noch während der Produktion ermöglicht.

Forschungsgegenstand ist die additive Fertigung im Pulverbett mit Schwerpunkt auf dem Laser-Strahlschmelzen (Laser Beam Melting LBM). Angestrebt wird, die dabei gewonnenen Erkenntnisse auf das Laser-Sintern (LS) zu übertragen, um eine breite industrielle Anwendung generativer Verfahren zu fördern. Damit zielt das Projekt auch darauf ab, die Produktion am Hochlohnstandort Deutschland zu stärken und bei Unternehmen sowie ihren Zulieferern Arbeitsplätze zu erhalten wie auch neue zu schaffen.

Die Methodik

Während der additiven Fertigung werden relevante Prozessparameter wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Raumtemperatur, Vibration usw. überwacht und gesammelt. Durch die Verknüpfung dieser Daten mit weiteren, qualitätsrelevanten Informationen, wie dem Anlagenzustand oder Informationen über die Rohmaterialien, soll es in Zukunft möglich sein, schon frühzeitig Rückschlüsse auf die Bauteilqualität zu ziehen und gegebenenfalls qualitätssichernde Maßnahmen einzuleiten.

Im Kontext von Industrie 4.0 und IoT stellt das durchgängige Datenmanagement im additiven Fertigungsprozess eine besondere Herausforderung dar. Intelligent strukturierte Daten, die fachliche Zusammenhänge erkennbar machen, sind beispielsweise eine Voraussetzung dafür, um geeignete Algorithmen für die Analyse der 3D-Druckverfahren zu entwickeln.

CONTACT Software stellt als assoziierter Partner die Technologieplattform CONTACT Elements for IoT und CIM Database PLM bereit und unterstützt das Konsortium mit entsprechendem Fachwissen aus der industriellen Praxis.

In einem möglichen Anwendungsszenario stützt CIM Database PLM die Datenlogistik und das Datenmanagement hinsichtlich der Informationen aus dem Produktentwicklungsprozess ab. Dazu zählen unter anderem die Verwaltung von Geometriemodellen als auch die Visualisierung von Punktewolken aus den QS-Prozessen im PLM-System. CONTACT strebt dabei ein „Closed-Loop-Engineering“ an, indem die Informationen aus der Qualitätssicherung systematisch und schnell in den PLM-Prozess zurückfließen können.

Ziel des Projektkonsortiums ist es, Unternehmen im Bereich der additiven Fertigung zu einer Zertifizierung nach ISO 9001 zu befähigen – was insbesondere in sicherheitskritischen Branchen wie der Medizintechnik oder der Luft- und Raumfahrtindustrie ein wichtiger Wettbewerbsvorteil ist.

Das Konsortium

Das Konsortium setzt sich aus namenhaften Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammen. Aus der Industrie sind die Airbus-Tochter APWorks, das Start-up AM Metals, der Anlagenbauer Trumpf, Siemens sowie die Softwarehersteller CONTACT und Symate vertreten. Die wissenschaftliche Expertise steuern die TU Dresden und die Fraunhofer Institute für IFF (Fabrikbetrieb- und automatisierung), IPK (Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik), IWS (Werkstoff- und Strahltechnik) und IWU (Werkzeugmaschinen und Umformtechnik) bei.


QualiPro 3D wird mit Mitteln aus dem Programm „Zwanzig20“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und durch den Verein Agent-3D2 begleitet und koordiniert.

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1Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy McKinsey Global Institute, May 2013
2AGENT-3D

Ihr Ansprechpartner bei CONTACT: Lucas Kirsch, Analyst im Geschäftsbereich Produktmanagement & Consulting

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