Das waren die Technologie-Trends der EMO 2017

Die Aussteller präsentierten zahlreiche IoT-Plattformen wie Adamos, Grob-Net 4 Industry oder MindSphere. Passend dazu zeigten die Hersteller zahlreiche Werkzeuge und Betriebsmittel, die – mit Sensoren und digitalen Kommunikationsschnittstellen ausgestattet – als Daten-Zulieferer für die digital vernetzten Produktionssysteme dienen.

Die neuen Technologien verfolgen dabei dennoch klassische Ziele, wie nachvollziehbare Produktionsprozesse, optimierter Ressourceneinsatz, höhere Flexibilität und die Steigerung der Produktivität. Das ist eines der Ergebnisse des technischen Abschlussberichts des VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken). Vor allem auf dem Gebiet der additiven Fertigung waren viele Innovationen zu sehen – eine Tatsache, die einen wirtschaftlicheren Einsatz der noch jungen Technologie sicher begünstigen werde.

Der Anteil der additiven Fertigung im industriellen Umfeld nimmt laut VDW weiterhin zu. Dazu trugen die vielen additiv gefertigten Anwendungsbeispiele bei. Beim Metalldruck sind aktuell zwei Verfahren vorherrschend: das Pulverbettverfahren und das Laserauftragsschweißen.

Die Firma Eos stellte beispielsweise den additiv gefertigten Einspritzkopf eines Raketentriebwerks der Ariane Group aus. Durch Einsatz der pulverbettbasierten Technologie konnte der 3D-Druck-Spezialist die Bauzeit von drei Monaten auf 36 Stunden verkürzen, die Kosten halbieren und die Anzahl der Einzelteile von 248 auf ein einziges reduzieren.

An Bedeutung gewinnt die Qualitätssicherung beim generativen Aufbau, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen für die Luftfahrt. Gemeinsam mit MTU Aero Engines entwickelt Eos Monitoring-Lösungen, die mit Sensoren den Systemzustand überwachen. Dank kamerabasierter Kontrolle des Belichtungsprozesses und des Schmelzverhaltens des Werkstoffs stellen die beiden Unternehmen außerdem die Schichtqualität sicher.

Trumpf präsentierte neben dem Pulverbettverfahren auch das Laserauftragschweißen. Letzteres ermöglicht zehn Mal höhere Aufbauraten als das Pulverbettverfahren. Das Laserauftragschweißen können Anwender zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten, der Reparatur von Bauteilen und zum Aufbau neuer Strukturen verwenden.

Lösungen aus einer Hand von der CAD/CAM-Software bis hin zur kombinierten Bearbeitung des Fertigteils zeigte DMG Mori. Mit der neuen Lasertec SLM können Bauteile bis zu einer maximalen Größe von 300 mm x 300 mm x 300 mm aus dem Pulverbett aufgebaut werden. Die erstmalig präsentierte Lasertec 65 3D stellt sogar Bauteile mit einem Durchmesser von 650 mm und einer maximalen Höhe von 560 mm additiv her.

Die rein für die additive Fertigung mit der Pulverdüse ausgelegte Maschine benötigt gegenüber dem Hybridmodell 45 Prozent weniger Stellfläche. Außerdem bietet sie neben einem 40 Prozent größeren Arbeitsraum technologische Neuerungen wie unterschiedliche Spurbreiten, höhere Laserleistungen bis 4 kW und die Fertigung reaktiver Materialien wie beispielsweise Aluminium und Titan.

Ganz ohne Laser erzeugt die additive 3D-Beschichtungstechnologie von J.G. Weisser Söhne  GmbH & Co. KG Werkzeugmaschinenfabrik Funktionsschichten und Bauteilstrukturen. Mittels eines patentierten Verfahrens wird einfaches Halbzeugmaterial rotierend auf eine Bauteiloberfläche aufgedrückt, durch die erzeugte Reibung aufgeschmolzen und ein Materialübergang vom Halbzeug zum Bauteil bewirkt.

Die auf der EMO ausgestellte Versuchsmaschine bietet für den additiven Aufbau einen Bauraum von etwa 800 mm x 300 m x 150 mm. Grundsätzlich bestünde allerdings das Potenzial, die Technologie auf Maschinen mit anderen Bauräumen einzusetzen und neben dem additiven Auftrag mit weiteren Bearbeitungseinheiten für die mechanische Nacharbeit zu kombinieren.

Vorteilhaft gegenüber dem laserbasierten additiven Fertigungsverfahren mit Pulverbett sind Unternehmensangaben zufolge die 10- bis 30-fach kostengünstigeren Halbzeugmaterialien, die mit zwei Litern pro Stunde 20-fach höhere Aufbauraten bei Aluminium und sogar bis zu 100-fach höhere Aufbauraten bei Stahl begünstigen. Wesentlicher Nachteil sei allerdings, dass das System derzeit keine komplexen Strukturen aufbauen kann.

Das Metall-Pulver-Auftragsverfahren von Hermle erfordert ebenfalls keinen Laser. Bei diesem thermischen Spritzverfahren wird Metallpulver mit Hilfe eines Trägergases auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und über eine Düse schichtweise auf die Bauteiloberfläche aufgebracht.

Der Vorteil: Es bestehen kaum Einschränkungen bei der Materialwahl, solange es in Pulverform vorliegt, und dass der Auftrag von bis zu sieben unterschiedlichen Materialien in beliebigem Mischverhältnis auf Freiformflächen möglich ist. Weitere Vorteile sind die niedrigen Temperaturen von 200°C bis 300°C und die gute Kombinierbarkeit mit subtraktiven mechanischen Bearbeitungsverfahren, wie dem Fräsen oder Drehen, in einem Bearbeitungszentrum.

Mit der Software 3DXpert bietet 3D Systems eine Softwarelösung zur additiven Metallfertigung an. Der Hersteller, der selbst auch Maschinen im Bereich der additiven Fertigung produziert, präsentiert mit der Lösung eine hersteller- und verfahrensunabhängige Variante zur Erzeugung additiver Bauteile.

Nach Import der Daten und der Positionierung des Bauteils lassen sich dessen Strukturen und Stützgeometrien für die Produktion nachträglich leicht erzeugen und optimieren. Im Anschluss werden sowohl die Druckstrategie für einzelne Segmente des Bauteils festgelegt als auch die Scan-Bahnen berechnet. Da nach der additiven Herstellung noch eine Nachbearbeitung einzelner Flächen und das Entfernen der Stützgeometrien erforderlich ist, bietet die Software auch für diesen Prozessschritt einen Teilschritt an.

Sandvik Coromant stellte eine Reihe von Tools vor. Dabei rücken die Skandinavier unter dem Dach von Coroplus insbesondere die integrierte Sensorik in Werkzeugen und Werkzeugaufnahmen während der Bearbeitung in den Fokus. Für schwingungsgedämpfte Bohrstangen, den Silent Tools, können die finalen Bearbeitungsschritte in aufwändigen Bauteilen durch App-basierte Systeme überwacht werden.

Dem Kunden wird ersichtlich, ob das Werkzeug im Eingriff ist und wie die Bohrstange thermische belastet wird. Somit wird der Fertigungsprozess von teuren und komplexen Bauteilen überwacht.

Darüber hinaus geben intelligente Werkzeugaufnahmen Daten über Laufzeit, Belastung und Batteriezustand an eine App weiter und greifen damit den Gedanken des Predictive Maintenance auf. Feinbohrköpfe lassen sich zur Herstellung genauer Bohrungsdurchmesser durch eine App präzise einstellen.

Eine vergleichbare Lösung bietet auch Big Kaiser. Das Werkzeug muss somit nicht im Werkzeugvoreinstellgerät manuell eingestellt werden, sondern lässt sich beispielsweise durch eine App auf dem Tablet direkt in der Maschine auf verschiedene Durchmesser aus- und einfahren. Das verkürzt Prozessketten und reduziert unproduktive Nebenzeiten bei der Werkzeugeinstellung.

Der Präzisionswerkzeughersteller Hermann Bilz fertigt Rückwärtssenker. Diese Werkzeuge kommen dort zum Einsatz, wo die zu bearbeitende Fläche nur durch eine Bohrung zu erreichen ist, wie in geschlossenen Gehäusen.

Durch Drehrichtungsumkehr fährt die Werkzeugschneide aus. Um nach der Bearbeitung das Werkzeug aus der Bohrung zu ziehen, ist ein Einfahren der Schneide zwingend notwendig. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts mit O. Bilz und EWS hat Hermann Bilz einen Rückwärtssenker entwickelt, der das Einfahren der Werkzeugschneide überwacht. Die Daten werden über ein eigens entwickeltes Kommunikationsprotokoll an die Maschinensteuerung übermittelt und verhindern bei inkorrektem Einfahren der Schneide einen Werkzeugcrash mit dem Bauteil.

Auf der EMO standen im Themenbereich Industrie 4.0 ganzheitliche Werkzeugverwaltungssysteme im Vordergrund. Viele Präzisionswerkzeughersteller – wie Iscar, Gühring und Sandvik – aber auch Messspezialisten wie die Zoller GmbH lieferten intelligente Lagerlösungen für Werkzeuge, Komponenten und Zubehör.

Dabei bieten solche Systeme weit mehr als nur eine geordnete und aufgeräumte Werkzeugverwaltung. Der Kunde kann die Werkzeugkosten pro Bauteil exakt bestimmen, Werkzeuge zügig und schnell bereitstellen lassen sowie eine falsche Werkzeugauswahl vermeiden.

Intelligente Systeme sind mit der Werkzeugmaschine verbunden und erhalten eine Information über einen Werkzeugbruch, lösen eine Neubestellung beim Werkzeuglieferanten aus und stellen dem Maschinenbediener ein baugleiches Werkzeug zur Verfügung. Solche Systeme machen laut VDW Werkzeugströme innerhalb der Fertigung transparenter und übersichtlicher.

Die Vernetzung von Systemen kann auf unterschiedlichen Ebenen erfolgen. Dabei stellt sich Werkzeugmaschinen-Anwendern die Frage, ob alle Daten sofort in die Cloud gehen müssen. Geht es nach Bosch Rexroth lautet die Antwort „Nein“. Das heutige Netz könne die Kapazität gar nicht aufbringen, die notwendig wäre, um die zahlreichen Sensorinformationen, die Werkzeugmaschinen heute schon bereitstellen, in die Cloud zu überführen.

Deshalb präsentierte Bosch Rexroth auf einer Maschine des Werkzeugmaschinenherstellers Pfiffner den Data Analytics Server. Es handelt sich dabei um lokale, im Schaltschrank der Werkzeugmaschine eingebrachte zusätzliche Rechenleistung, die das Sammeln, Speichern und Analysieren von Maschinen- und Prozessdaten ermöglicht.

Das Ziel: Daten vorab zu verarbeiten, um nur die wirklich benötigte, komprimierte Menge an Daten in die Cloud einzulassen. Das soll eine Überlastung der Datenleitung verhindern.

Um Werkzeugmaschinen einen schnelleren Bearbeitungsstart zu ermöglichen, integriert Bosch Rexroth Messsensoren und Auswerteelektronik in Linearführungen, so dass absolute Positions-Istwerte in Echtzeit und ohne Referenzfahrt erfasst werden. Die Positioniergenauigkeit wird dank einer weiteren Messeneuheit – einer aktiv temperierbaren Führungsschiene – zusätzlich erhöht. Ungenauigkeiten, die aus der Wärmedehnung des Führungssystems resultieren, sollen sich mit dieser Neuentwicklung vermeiden lassen.

Heidenhain demonstrierte auf der Messe sein Funktionspaket Connected Machining. Das soll ein digitales Job-Management für transparente Prozesse, zeitsparende Arbeitsabläufe und eine erleichterte Nutzung der anfallenden Daten möglich machen.

Die Messeneuheit Remote Desktop Manager von Heidenhain erlaubt beispielsweise mit einem Tastendruck direkt an der Steuerung den Zugriff auf im Netzwerk befindliche PCs und die darauf installierte Software.

Heidenhain möchte die Connected Machining-Lösungen in kleinen und mittelständischen Unternehmen mit 10 bis 15 Maschinen einsetzen. Aus diesem Grund entschieden sie sich bewusst gegen eine Cloud-Lösung und die damit verbundenen Risiken beispielweise hinsichtlich Datensicherheit.

Siemens hat das Konzept für Mindsphere als Digitalisierungsplattform für alle Industrien bereits auf der AMB 2016 vorgestellt. Auf der EMO 2017 demonstrierte das Unternehmen erstmals die Funktionsweise von MindSphere. Bei der Anwendung handelte es sich um die Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette.

Siemens band Siemens für die EMO über die App Manage MyMachine mehr als 200 Maschinen an Mindsphere an. Damit konnten Besucher über Computer Live-Informationen über den ausgeführten Bearbeitungscode sowie den aktuellen Betriebszustand von Maschinen aus aller Welt abfragen.

Eine derartige Offenheit erfordert mit Blick auf die Datensicherheit natürlich entsprechende Lösungen. Identify3D ist eine solche Sicherheitslösung, die die Nachverfolgbarkeit digitaler Fertigungsprozesse zum Schutz des geistigen Eigentums sicherstellt. Dabei können die verfügbaren Konstruktions- und Fertigungsdaten für technisch exakt spezifizierte Bauteile nur für eine begrenzte Anzahl genutzt werden.

Um die Flexibilität des Kunden weiter zu erhöhen, bietet der Werkzeugmaschinenhersteller Heller den Mietservice Heller4Use für Werkzeugmaschinen an. Dabei handelt es sich um die Maschinen H2000 und H5000, die ab sofort inklusive eines vollumfänglichen Servicevertrags gemietet werden können.

Die Abrechnung erfolgt neben einer fixen monatlichen Pauschale abhängig von der Spindelnutzungszeit, also der reinen Hauptnutzungszeit. Die Maschinen werden zusätzlich in das Ecosystem Mindsphere von  Siemens eingebettet und folgen somit dem aktuellen Trend vernetzter Systeme.