Roboter für 3D-Druck von komplexen Metallbauteilen

Bionische Konstruktionen, komplexe Strukturen und geringe Losgrößen – um diesen Herausforderungen der modernen Fertigung in der Metallindustrie zu begegnen, entwickelte HS Automation in Zusammenarbeit mit Kuka eine Roboterlösung für 3D-Metalldruck. Der 3D-Drucker schweißt Schichten mit minimaler Wandstärke von 2 mm. Die Fertigung aus vollem Material ist ebenfalls möglich. Das fertige Werkstück muss nicht oder nur minimal nachbearbeitet werden. Die Anlagenentwickler erreichen mit der Zusammenarbeit minimalen Materialabfall und geringe Herstellungskosten bei fast unbegrenzten Gestaltungsmöglichkeiten.

Keine aufwendige Nachbearbeitung

Der Einsatz des Roboters garantiere die Genauigkeit, die die Metalldruckanwendung von der bestehenden Konkurrenz unterscheidet: „Mit der Roboterlösung erweitern wir die Möglichkeiten der Fertigung enorm“, so Rolf Steidinger, Geschäftsführer sowie kaufmännischer Leiter von HS Automation, zum Potenzial des 3D-Metalldruckers: „Sobald ein Teil nicht konventionell gefertigt werden kann, ist der Einsatz dieses Geräts unumgänglich.“ Das Verfahren löse zum Beispiel Ersatzteilprobleme, da nicht mehr verfügbare Bauteile selbst produziert werden können.

Bei konventionell fertigbaren Teilen überzeuge das Verfahren durch reduzierte Kosten und viermal höhere Produktivität. Das Laserauftragsschweißen verringert sowohl den Materialaufwand als auch die Nachbearbeitungszeit im Vergleich zum Fräsen oder Drehen aus einem kompletten Metallblock. Das Einsparungspotenzial liegt hier bei bis zu 98 Prozent des Materials. Diese Stärken bewähren sich vor allem im Werkzeugbau, im Sonderanlagenbau oder in der Fertigung von Prototypen. Herstellung, Test und Optimierung von strömungsoptimierten Bauteilen zum Beispiel von Windkraftanlagen werden so immens beschleunigt.

Das Robotersystem ist aber beispielsweise auch in der Lage, doppelwandige Objekte wie Bauteile mit innenliegenden Kühlungskanälen zu fertigen. Der mit sechs 200-Watt-Lasern ausgestattete Druckkopf verarbeitet neben dem Einzelmaterialdruck auch zwei unterschiedliche Metall-Materialien in einem Druckteil. „Fast jedes Material kann verarbeitet werden: Edelstahl, Titan, Werkzeugstähle, Nickellegierungen. Unser Laserpartner Meltio arbeitet aktuell daran, Kupfer zu drucken. Damit rückt der Einsatz auch für E-Mobilitätsprojekte in greifbare Nähe“, prognostiziert Marc Steidinger. Der Geschäftsführer von HS Automation, zuständig für die technische Leitung des Projekts, sieht Einsatzbereiche vor allem in der Ersatzteilproduktion, in der Entwicklung von Serien und in der Medizintechnik. Im Prototypenbau profitieren Anwender von der komplett flexiblen Anpassung der Druckparameter. Künstliche Kniegelenke aus Titan und andere medizinische Implantate werden dank 3D-Metalldruck in Zukunft individuell an den Patienten angepasst.

Der Einsatz von innovativen Software-Lösungen wie Kuka.CNC macht die Technologie darüber hinaus attraktiver für kleine und mittlere Unternehmen. Dank der Software können per CAD/CAM-System designte Strukturen direkt gefahren werden – ohne in Kuka Robot Language (KRL) umgewandelt zu werden. HS Automation verfolgt mit seinen rund 20 Mitarbeitenden das Ziel, Automatisierung auch für andere kleine und mittlere Unternehmen produktiv nutzbar zu machen. Rolf Steidinger sieht das Unternehmen als Partner eines leistungsfähigeren, nachhaltigeren Mittelstands: „Einige unserer Kunden unterstützen wir bereits seit 24 Jahren bei der automatisierten Produktion.“