Leichtbau ist Schlüsseltechnologie für die globale Nachhaltigkeit
EMO Hannover 2019 zeigt: Nachhaltigkeit und Leichtbau sind im Maschinenbau fest verankert.
Photo: GM
Frankfurt am Main, September2019. – Intelligente Leichtbaulösungen fassen im Werkzeugmaschinenbau zunehmend Fuß. Dabei stehen neue Geometrien und Materialien genauso im Fokus wie die Simulation und der 3D-Druck. Wie Produkte im Kontext von Leichtbau und Nachhaltigkeit konzipiert und gefertigt werden können, zeigen die Aussteller der EMO Hannover an vielfältigen Beispielen.
Leichtbau ist elementarer Bestandteil für nachhaltiges Handeln. Er beginnt bereits weit vor der eigentlichen Herstellung und zieht sich durch die gesamte Wertschöpfungskette durch – vom Rohstoff bis zum fertigen Bauteil. Entsprechend frühzeitig setzen sich die Unternehmen mit diesem Thema auseinander. „Nachhaltigkeit ist ein zentraler Bestandteil unseres Unternehmens. Die Mission von Autodesk ist es, die Designentwürfe von Kunden zu automatisieren und Prozesse zu entwickeln, damit sie mehr und besser gestalten können – und das mit weniger negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Mit Autodesk-Technologie können Hersteller ihr Ergebnis verbessern und dazu beitragen, eine bessere Welt zu gestalten, indem die Material- und Energieeffizienz in ihren Design- und Herstellungsprozessen gesteigert wird“, sagt Steffen Krause, Technical Sales Manager beim Softwareentwickler Autodesk.
Auch für Hainbuch, den schwäbischen Hersteller von Werkstückspannlösungen aus Marbach, ist Nachhaltigkeit und damit auch die Verpflichtung zur Umwelt selbstverständlich und ein wichtiges Element der Firmenidentität. So ist seit 2016 in den Umweltleitlinien eine Energie-Norm als sogenannte Energiepolitik verankert. „Damit reduzieren wir Emissionen und Abfälle, erhöhen die Energieeffizienz, garantieren den sparsamen Umgang mit Ressourcen und die Reduzierung gefährlicher Stoffe. Denn wir wollen die Produkte nicht nur qualitativ hochwertig entwickeln und produzieren, sondern auch umweltschonend und nachhaltig“, erklärt Stefan Nitsche, Leiter Produktmanagement bei Hainbuch.
Leichtbau ist eine wesentliche Voraussetzung für Materialeffizienz
Die 3D Micro Print GmbH aus Chemnitz ist spezialisiert auf die Herstellung von Mikrometallteilen durch Mikro-Lasersintern und den Verkauf der zugehörigen Maschinen. Für das sächsische Unternehmen bedeutet Nachhaltigkeit auch, Produkte mit Funktionsintegration zu entwickeln und herzustellen und so einen Mehrwert für die Kunden zu schaffen – ohne Einschränkungen bei den Materialeigenschaften und beim Produkteinsatz der Bauteile.
„Das Zusammenspiel zwischen neuen Geometrien und neuen Materialien ist essenziell, um mit Blick auf Leichtbau und Nachhaltigkeit Produkte mit einem Mehrwert zu generieren. An dieser Stelle bedarf es zudem einer fachgerechten Beratung, um dem Kunden die Stellschrauben für die Produktentwicklung und den Herstellprozess aufzuzeigen“, betont Thomas Klotz, Leiter der Qualitätssicherung bei 3D Micro Print.
Fest steht: Der 3D-Druck ermöglicht den Leichtbau und ist damit auch eine wesentliche Voraussetzung für Materialeffizienz. Mehrere Teile können dabei bereits im Design zu einer Komponente zusammengefügt werden. „Der Generative Design-Ansatz von Autodesk ist ein wichtiges Werkzeug, das oft neue geometrische Formen schafft. Es hilft unseren Kunden, Gewicht zu reduzieren und Teile zu konsolidieren. General Motors nutzte beispielsweise den Generativen Design-Ansatz von Autodesk und die additive Fertigung, um eine Sitzhalterung neu zu gestalten. Das neue Teil bestand aus einer, statt wie vorher aus acht Komponenten. Es war darüber hinaus 40 Prozent leichter und 20 Prozent stabiler”, nennt Krause ein Beispiel für ein Bauteil, welches von Beginn an konsequent unter Leichtbauaspekten entwickelt wurde.
Leichtere und kleinere Spannmittel verringern die Kosten je Werkstück
Hainbuch entwickelte für das Spannen von Werkstücken beim Fräsen, Drehen und Schleifen ultraleichte Spannmittel aus Carbon. Diese sorgen laut Unternehmen für eine höhere Produktivität, einen geringeren Energieverbrauch und eine Entlastung des Maschinenantriebs. Dank des Werkstoffs sind die CFK-Spannmittel um bis zu zwei Drittel leichter als die Standardausführung.
“Wir können fast alle Spannmittel als Carbon-Variante im individuellen Kundenbereich anbieten. Mit der mini-Baureihe haben wir zudem Futter entwickelt, die eine geringere Störkontur und geringere Masse haben. Diese beiden Faktoren spielen bei der Fertigbearbeitung eine immer größere Rolle. Die Zugänglichkeit der Werkzeuge und ein geringerer Energieverbrauch zeichnen ein modernes und zukunftsorientiertes Spannmittel aus. Durch die dynamischeren Spindelbeschleunigungen verkürzt sich die Taktzeit. Und in Summe sinken die Kosten je Werkstück”, beschreibt Nitsche die Lösungsansätze von Hainbuch. Auf der EMO wird das Unternehmen den manuellen Spannstock Manok CFK Leichtbau ausstellen, ebenso die mini-Futterbaureihe und viele weitere Neuheiten, bei denen Nachhaltigkeitsaspekte zum Tragen kommen.
Immer mit Blick auf den Leichtbau fertigt 3D Micro Print durch den Einsatz der Mikro Laser Sinter Technologie hochpräzise Mikrobauteile aus Metall und bietet dem Kunden eine Produktherstellung aus einer Hand sowie einen ganzheitlichen Service. Das Portfolio umfasst den Wissensaustausch, die funktionale Bauteilintegration, das prozessgerechte Design, die Fertigung von Serienteilen sowie auf Nachfrage auch Materialentwicklungen. Dabei sind die Verfahren für höchst auflösende und präzise Mikrobauteile im µm-Bereich ausgelegt. Entwickelt und gefertigt werden sowohl feine Gitterstrukturen als auch Geometrien mit detaillierten Innenstrukturen. Entsprechende Lösungsansätze für verschiedene Branchen wird das Unternehmen auf der EMO in Hannover vorstellen.
Künstliche Intelligenz, Virtual und Augmented Reality sorgen für agileres Arbeiten
Für Maschinenbauer und deren Kunden sind die Themen Nachhaltigkeit und Leichtbau klare Wettbewerbsvorteile in der Wertschöpfungskette und deshalb essenziell. Dies bestätigt auch Autodesk-Technical Sales Manager Steffen Krause: „Mehr als 60 Prozent unserer Kunden haben Erfolgsfaktoren und Ziele, die an die Nachhaltigkeit geknüpft sind – Tendenz steigend. Dies wird durch die Lieferkette auch auf die Dienstleister übertragen.“
Autodesk hat sich auch vor diesem Hintergrund dafür entschieden, unter dem Dach der Automatisierung auf künstliche Intelligenz, Virtual und Augmented Reality sowie 3D-Druck zu setzen. Damit werden Design, Maschinenbau und Simulation bis hin zu CAM, additive Fertigung und Fabrikmanagement digital vereint. „Diese einheitliche Plattform löst die Silos zwischen den Disziplinen auf, ermöglicht agileres Arbeiten zwischen den Ingenieurteams und lässt die Hersteller wettbewerbsfähiger werden”, unterstreicht Krause.
Auf dem Autodesk-Messestand auf der EMO werden sich Besucher anhand der Ausstellungsstücke ein Bild von der CAM-Software verschaffen können. So werden anspruchsvolle komplexe Bauteile mit Freiformflächen zu sehen sein, die zeigen, welch hohe Oberflächenqualität sich mit damit erreichen lässt. Dazu gehören auch Beispiele für die hybride Fertigung, bei der additive und subtraktive Verfahren zusammenspielen. Gezeigt werden zudem Exponate, die die Möglichkeiten für Generatives Design ausloten.
Mit den richtigen Entwicklungstools und einer großen Portion Ingenieurswissen ist in puncto Leichtbau viel möglich. Lediglich die Physik setzt Grenzen. „Aufgrund unseres großen Erfahrungsschatzes konnten wir bisher alle Kundenanforderungen erfüllen. Der Leichtbau, auch in Form von reduzierten Störkonturen, stößt nur an seine Grenzen, wenn die Haltkräfte, die Steifigkeit und die Präzision nicht mehr gewährleistet sind“, unterstreicht Stefan Nitsche von Hainbuch. Thomas Klotz von 3D Micro Print ergänzt: „Leichtbau stößt momentan dann an seine Grenzen, wenn es sich um hochstandardisierte Prozesse und Produkte handelt, die keinen Spielraum für eine Steigerung der Performance zulassen.“
Mit Messdatenerfassung Geometrieabweichungen entgegenwirken
Der 3D-Metalldruck ist auch ein Kompetenzfeld der Rolf Lenk Werkzeug- und Maschinenbau GmbH in Hamburg. Matthias Otte ist verantwortlich für den Bereich additive Fertigung. Er erklärt, worauf es beim Herstellprozess ankommt: „Das Bauteil muss maßhaltig sein. Das heißt: Dem Verzug und der Schrumpfung durch das additive Fertigungsverfahren muss entgegengewirkt werden. Ein wichtiger Punkt dabei ist die optische Geometrieerfassung. Sie erlaubt uns eine schnelle Überprüfung eventuell vorhandener Abweichungen.“
Mithilfe der optischen Messtechnik ist das Unternehmen in der Lage, die komplette Prozesskette der additiven Fertigung zu unterstützen und so passgenauer Bauteile zu fertigen. Dies beginnt bei der Geometrieerfassung des Bauteils, geht weiter über die Erfassung der Abweichungen durch Verzug und Schrumpfung bis hin zur Ergebniskontrolle des fertigen Bauteils. Bereits während der Fertigung können Ungenauigkeiten gegenüber der Sollgeometrie festgestellt werden. Im Bedarfsfall kann darauf dann auch schnell reagiert werden. Zur EMO wird das Unternehmen seine Kompetenzen im Bereich 3D-Druck anhand verschiedener Bauteile vorstellen.
Autorin: Annedore Bose-Munde, Fachjournalistin aus Erfurt
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