Foto: Formlabs

Additive Fertigung

Digitale SLA-Fertigungszelle

Was steckt hinter dem Automatisierungsprojekt von Formlabs und wieviel Zeitersparnis erhofft man sich? K&E fragte den Produktingenieur Moritz Walter.

Herr Walter, zunächst zur Definition: Formlabs bieten sowohl das SLA- (Stereolithografie: Werkstück entsteht in einem Flüssigbad aus Photopolymer) als auch das SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern, bei dem Kunststoffpulver Schicht für Schicht gesintert wird) an. Wo liegen die Vorteile der einzelnen Verfahren?

Moritz Walter: SLA und SLS sind gleichermaßen vielseitige Verfahren, deren Anwendungsbereiche sich durchaus überschneiden.

SLA zeichnet sich durch ein hohes Detailauflösungsvermögen und eine hohe Oberflächenglattheit aus. Dazu kommt eine vielseitige Materialpalette mit breitem Spektrum an Materialeigenschaften. Nahezu jedes Kunststoff-Produkt ließe sich aus technischer Sicht auch im SLA-Verfahren herstellen.

Das SLS-Verfahren hingegen zeichnet sich besonders durch die mechanische und chemische Beständigkeit der Teile aus und ist gleichzeitig das 3D-Druck-Verfahren mit den niedrigsten Stückkosten. Da das Verfahren ohne Stützstrukturen auskommt, entfällt ein Großteil des manuellen Nachbearbeitungsaufwandes und der Bauraum lässt sich optimal ausnutzen.

Heute sind SLA und SLS die mit am weitest entwickelten 3D-Druck Technologien, wobei die individuellen Stärken je nach Anwendung mehr oder weniger ins Gewicht fallen.

Welche Bauteilgrößen sind maximal druckbar?

Der Bauraum des Form 2 umfasst 145 × 145 × 175 mm, bei Fuse 1 sind es 165 × 165 × 320 mm (L×B×H). Beide Verfahren eignen sich durch verschiedene Fügeverfahren auch zur Herstellung von größeren Baugruppen.

Ihre Aufgabe ist es, Ihren Desktop-3D-Drucker produktiver zu machen durch die Anbindung von Automatisierungskomponenten. Wird die Automatisierung für beide Druckverfahren angeboten werden?

Natürlich spielt Automatisierung in der Ökonomie beider Verfahren eine wichtige Rolle. Im SLA-Bereich bieten wir die automatischen Nachbearbeitungs-Lösungen Form Wash und Form Cure an. Für die vollautomatische Serienproduktion im SLA-Verfahren wird Form Cell erhältlich sein. Auch für Fuse 1 wird es eine automatische Nachbearbeitungsstation geben. Die Kombination aus Fuse 1 und Nachbearbeitungsstation erlaubt so die größtenteils automatische Fertigung von Klein- und Großserien, auch ohne eine dedizierte Automatisierungslösung wie Form Cell.

Welche Automatisierungskomponenten genau vereinen Sie in dieser „Form Cell“ genannten 3D-Druck-Fertigungszelle?

In der Basiskonfiguration ist Form Cell eine vollständige SLA-Fertigungsstraße, mit dem Form 2-SLA-3D-Drucker als Druck-Einheit, dem Form Wash als Reinigungslösung und ein Transport-Roboter, der die Bauplatformen, auf denen die Teile entstehen, von Station zu Station bewegt. Hinzu kommen optionale Lösungen wie die UV-Nachbelichtung sowie Lösungen für die optische Qualitätskontrolle.

Wer sind hardwareseitig (Automatisierungskomponenten) Ihre Partner und wer softwareseitig?

Form Cell ist sowohl software- und hardwareseitig eine Entwicklung aus dem Hause Formlabs.

Das komplette System von Fuse 1 (SLS-3D-Drucker) enthält ein System zur Wiederverwendung von Material, eine Nachbearbeitungsstation, einen zusätzlichen Baukolben sowie Material. Welche Materialien können den mit dem Fuse 1 verarbeitet werden?

Derzeit und zum Zeitpunkt der Auslieferung wird Fuse 1 zwei verschiedene Nylon-Kunststoffe verarbeiten. Das sind zum einen Nylon 12, ein kostengünstiges, robustes Material für den allzwecklichen Gebrauch, und zum anderen Nylon 11, ein Hochleistungsmaterial mit hoher Schlagzähigkeit. Wir arbeiten zudem an der Unterstützung für weiteren Materialien.

Was geschieht in der Nachbearbeitungsstation?

Nach dem Druck müssen die SLS-Teile von anhaftendem Restpulver befreit werden. Hierzu wird der Baukolben aus dem Fuse 1 entnommen und in die Nachbearbeitungsstation eingelegt. Die Station hebt dann das Druckergebnis sowie das umschießende Restpulver aus dem Kolben heraus.
Mithilfe von Druckluft wird das Pulver von den Teilen entfernt und in einem Auffangbehälter gesammelt. Das Restpulver kann daraufhin anteilig in einem neuen Druckvorgang wiederverwendet werden.

Was ist der Baukolben?

Der Baukolben ist der entnehmbare Bauraum unseres Fuse 1-3D-Druckers. Im Baukolben entstehen schichtweise die gesinterten Teile, während der Zylinder darin Schicht für Schicht absenkt und neues Pulver aufgetragen wird. Nach dem Druckprozess wird der Baukolben aus dem Drucker entnommen und in die Nachbearbeitungsstation eingelegt.

Das Unternehmen Google gehört zu den Betatestern Ihrer Automatisierungslösung Form Cell. Wie ist denn deren Fazit?

Partner wie Google helfen uns, Form Cell in einem produktiven Umfeld zu testen, inkrementell weiterzuentwickeln und dadurch Form Cell zu einem besseren Produkt zu machen. Für ein vollumfängliches Fazit ist es an dieser Stelle zwar noch etwas früh, jedoch lässt sich an dem Feed­back, das wir erhalten, bereits ablesen, dass unsere Vorstellung und Umsetzung einer digitalen SLA-Fertigungszelle in der Industrie einen Nerv getroffen hat.

Mit Form Cell wollen sie die digitale Fabrikation vorantreiben sowie die serielle Maßanfertigung…

Serielle Maßanfertigung ist ein Bereich, der besonders von den Entwicklungen im Bereich „Digital Factory“ profitiert. Viele der Produkte, auf die wir am wenigsten verzichten wollen, sind nach wie vor Einzelstücke. Dazu gehören Dental-Produkte wie Zahnschienen, chirurgische Schablonen, Zahnersatz aber auch Hörgeräte und maßgefertigte Kopfhörer im Bereich Audiologie. Für viele dieser Produkte, bei denen es auf höchste Oberflächengüte und Genauigkeit ankommt, führt im Bereich 3D-Druck nach wie vor kein Weg vorbei an SLA. Dennoch stehen der digitalen Serienproduktion im SLA-Verfahren die derzeit noch sehr hohen Stückkosten im Weg. Automatisierung ist hier der Schlüssel, um die Stückkosten zu senken und SLA zu einer Serienfertigungstechnologie weiterzuentwickeln. Mit Form Cell gehen wir diesen Weg.

Welche Bestückungsmöglichkeiten für die Form Cell werden Sie anbieten?

Form Cell kann mit mehreren Form 2- 3D-Drucker und mehreren Form Wash-Einheiten bestückt werden. Je nach Bedarf kann Form Cell mit einer, zwei oder mehr Form Wash-Einheiten betrieben werden, beispielsweise um mehrere Materialien gleichzeitig zu verarbeiten. Die Form 2 und Form Wash-Einheiten können jederzeit ausgetauscht werden, wodurch das System besonders ausfallsicher ist. Über diese Standardbestückung hinaus arbeiten wir an weiteren Modulen, mit denen sich die Fähigkeiten von Form Cell erweitern lassen.

Es soll ja auch ein Roboter für den Teiletransport geben. Von welchem Hersteller?

Auch der Form Cell-Transport-Roboter ist eine Eigenentwicklung von Formlabs.

Wird es hier auch Standard-Fertigungszellen geben oder nur speziell auf den Kunden angepasste automatisierte 3D-Drucker-Zellen?

Form Cell wird in einer Basis-Konfiguration mit verschiedenen Ausstattungsoptionen angeboten werden. Für spezielle Kundenbedürfnisse bieten wir unseren Kunden maßgeschneiderte Lösungen an.

Wie sieht der vollautomatische Arbeitszyklus von der Datei bis zum fertigen Druckteil aus? Welche Software kommt zum Einsatz?

Wenn Sie bereits mit PreForm- und dem Form 2-Dashboard arbeiten, dann wird Form Cell sich nahtlos in Ihren Workflow einfügen. Sie laden Ihre Druckdatei aus PreForm auf die Form Cell. Die Steuerung von Form Cell erfolgt wahlweise über ein Touch Display an der Form Cell selbst, oder über ein in Ihrem Intranet verfügbaren Webinterface, das in Struktur und Aufbau dem Form 2-Dashboard ähnelt. Von dort aus übernimmt Form Cell alle Produktionsschritte. Ihr fertiges Teil finden Sie nach Abschluss des Fertigungsprozesses auf einem entnehmbaren Ausgaberegal.

Welche Schnittstellen bieten Sie an?

Form Cell kann in bestehende ERP- und MES-Systeme nahtlos eingegliedert werden. Hierfür bietet das System eine speziell auf die Bedürfnisse der digitalen Fabrikation zugeschnittene Form Cell API. Zur API gehören unter anderem Tracking- und Monitoring-Funktionen, aber auch Funktionen zur Steuerung der Produktion.

Fragen von Erik Schäfer

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