Better together:
AZO und AddUp bilden eine erfolgreiche Technologiepartnerschaft für den 3D-Metalldruck
Weil die Welt aus Rohstoffen besteht – und durch 3D Druck völlig neu entsteht
Neue Rohstoffe, neue technische Möglichkeiten bringen vielen Chancen aber auch Herausforderungen mit sich. AZO und
AddUp stellen sich diesen Herausforderungen und wandeln Sie zusammen in Ihre Möglichkeiten. AddUp ist ein erfolgreiches französisches Unternehmen, das 3D Metalldrucker entwickelt, herstellt und vertreibt. Es entstand durch ein Joint Venture von Michelin und Fives und ist bereits jetzt erfolgreich im 3D Drucker Segment unterwegs.
Die Welt ist im Wandel – auch in der Rohstoffautomation und den Fertigungsverfahren. Die einzige Konstante: Alles beginnt mit Ihren Rohstoffen als Basis Ihrer Qualitätsprodukte. Doch oft können die Eigenschaften dieser Rohstoffe unterschiedlicher nicht sein.
Manche sind wahre Freigeister, also schwer zu kontrollieren, weil sie freifließend, schießend oder staubend sind. Andere wiederrum sind regelrechte Diven und gelten als anspruchsvolle Rohstoffe – leicht entzündlich oder explosionsgefährlich. Es gibt auch empfindliche Sensibelchen, die äußerst sorgsam automatisiert werden müssen, da sie zerbrechlich oder leicht entmischend sind. Widerspenstige Rohstoffe gelten durch ihre Eigenschaften, wie zum Beispiel klumpend, anhaftend, schlecht fließend etc., als echte Sturköpfe. Zum Schluss dieser illustren Runde gesellt sich noch der Fiesling: Diese Rohstoffe sind oftmals ganz speziell und stellen die Automatisierung vor größere Herausforderungen. Oft sind Fieslinge nämlich abrasiv und toxisch und damit gefährlich für die Anlage und den Bediener.
3D Metalldruck: Der Rohstoff ist die Herausforderung
Das Metallpulver, das für die Zukunftstechnologie 3D Druck unter anderem genutzt wird, ist zum Beispiel ein solcher Fiesling. Es ist lungengängig und wird als krebserregend eingestuft. Deshalb führte bisher kein Weg daran vorbei, den Rohstoff mithilfe entsprechender Schutzanzüge in die Produktion einzuschleusen - die erste Herausforderung an die Rohstoff-Automatisierung. Außerdem muss den gültigen Explosionsschutzverordnungen Rechnung getragen werden, denn die feinen Stäube sind durchaus explosionsgefährlich. Für das Produkt selbst gelten ebenfalls höchste Sicherheitsanforderungen. Das Metallpulver darf weder mit Luftfeuchtigkeit oder –sauerstoff in Verbindung geraten. Daher ist eine Inertisierung des gesamten Pulverhandlingsystems während des Produktionsbetriebes unerlässlich.
Dementsprechend herausfordernd war die Aufgabe diesen Rohstoff zu automatisieren, die AZO hier zu bewältigen hatte. Zusammen mit AddUp entwickelte AZO ein vollautomatisiertes Pulverhandling- und Beschickungs-System, das den speziellen Anforderungen der Additive Manufacturing Branche und dem Einsatz der unterschiedlichen Rohstoffe gerecht wird.
Im Februar 2018 nahm AddUp den ersten Kontakt mit AZO Frankreich auf. Die Anfrage betraf das inerte Metallpulver-Handling zur Beschickung eines 3D-Druckers. Im Rahmen eines Besuchs bei AZO Deutschland wurden die technischen Anforderungen und mögliche Konzepte diskutiert. Gemeinsam mit den Experten von AddUp entwickelte Die Ingenieure von AZO F&E schnell und zuverlässig eine kundenspezifische Lösung. Mit einer Prototypanlage wurden bereits im Oktober 2018 die ersten Versuche beim Kunden durchgeführt. Die Ergebnisse flossen in die weitere Entwicklung ein, sodass schon Anfang 2019 eine produktionsreife Pulverversorgungsanlage geliefert werden konnte. Im Rahmen der weiteren intensiven Zusammenarbeit wurden die Anlagenmodule kontinuierlich weiterentwickelt und auf verschiedene Druckertypen von AddUp angepasst.
Die Erwartungen an die Rohstoffautomatisierung und deren Funktionen sind vielfältig:
- Zum einen sollte das System die kontinuierliche Beschickung der Drucker sicherstellen, um Produktionsausfälle zu verhindern.
- Zum anderen sollte die Aufgabe des Rohstoffes und die Ausschleusung des überschüssigen Pulvers, welches bei der Erzeugung der Schüttgutschichten-Layers entsteht, erheblich vereinfacht werden.
- Des Weiteren sollte das System das nicht verarbeitete, überschüssige Metallpulver aufbereiten, gesiebt und dem Produktionsprozess erneut zuführen.
- Zusätzlich stand vor allem auch die Bedienersicherheit im Vordergrund.
„Für das Metallpulverhandling zur Beschickung unserer 3D-Drucker suchten wir einen Partner, mit dem wir die optimal auf uns zugeschnittene Lösung entwickeln konnten. AZO als Experte für die Rohstoff-Automation lieferte uns eine Anlage, die perfekt an unsere Drucker angepasst ist.“
Ludovic Viossat, Supply Chain Manager, AddUp SAS, France
Die verschiedenen Arbeitsbereiche der Pulverbeschickung-Module von AZO
Das gesamte Modul zur Versorgung der Drucker lässt sich generell in drei Teile gliedern.
Zum einen in den Bereich der Materialbereitstellung und -aufbereitung: Das Metallpulver wird nach der Anlieferung aus dem Rohstofflager des Betreibers in kleinen Gebinden, Kanistern oder Dosen zum Bereitstellungsmodul gebracht. Über eine hermetisch abgeriegelte und inertisierte Glovebox wird das Pulver mit einer schonenden Vakuumförderung einem Siebmodul bestehend aus einer eigens für Metallpulver entwickelten Ultraschall-Siebmaschine zugeführt. Die GloveBox gewährleistet zum einen höchsten Schutz für den Rohstoff, als auch für den Bediener, da er nicht mit diesem „Fiesling“ in direkten Kontakt kommt.
Nach dem Sieben wird der Rohstoff in der richtigen Qualität, Menge und Zeit erneut mit einer Vakuumförderung dem Druckprozess zugeführt. Dabei kann das System flexibel auf die verschiedenen Rohstoffeigenschaften, Anzahl der zu versorgenden Drucker und Fördermengen ausgelegt werden. Durch Nutzung von Pufferbehältern kann aus dieser Batchaufgabe ein kontinuierlicher Förderprozess zur pneumatischen Beschickung des Druckers gewährleistet werden.
Der dritte Einsatzbereich der AZO Rohstoffautomatisierung befindet sich am Drucker selbst. Hier wird der Rohstoff in der notwendigen Menge zunächst in das Druckermodul übergeben. Überschüssiges Pulver (z.B. Überlaufmaterial durch Abstreifen des Pulverbetts) werden ausgeschleust, zentral in einem Pufferbehälter gesammelt und pneumatisch zurück zum Siebmodul transportiert. Dort wird dieses Pulver gesiebt, aufbereitet und anschließend wieder in den Produktionskreislauf eingeschleust (Closed Loop). Diese konsequente Rohstoffverwertung und Rückgewinnung steigert nicht nur die Produktqualität, sondern auch die Wirtschaftlichkeit Ihres gesamten Produktionsprozesses.
Von der Einzellösung bis hin zur Druckerfabrik
Eine Besonderheit dieser modularen Systeme ist die Skalierbarkeit: Es können kleine Systeme für die Beschickung eines einzelnen Druckers ebenso realisiert werden, wie die Sammelbeschickung ganzer Druckerfabriken.
Bei AddUp wurde daher das System so angepasst, dass die Einschleusung des Rohstoffs dezentral vom Drucker installiert wurde. Über ein pneumatisches Fördersystem wird dann das Metallpulver der Dosiereinheit schonend zugeführt. Diese befindet sich direkt am Drucker und ist somit ein Bestandteil der Druckeinheit. Auch hier gibt es die Möglichkeit nur einen einzelnen Drucker zu versorgen als auch mehrere gleichzeitig zu beschicken.
Mit der perfekten mechanischen Auslegung ist es aber noch nicht getan: Ohne eine vernünftige, hochmoderne Anlagensteuerung geht nichts. Die Steuerung basiert auf Codesys – Twincat 3 (Beckhoff) mit einer webbasierten und anwenderfreundlichen Visualisierung. Die Kommunikation zum 3D-Drucker ist über Ethercat und ein definiertes Interface realisiert. Alle Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Modulen sind steckbar ausgeführt, um eine schnelle und einfache Inbetriebnahme zu ermöglichen. Während des Betriebs ist es außerdem möglich alle Funktionen des AZO-Pulvermoduls vom 3D-Drucker aus Remote zu steuern, was eine erhebliche Vereinfachung und Zeitersparnis bei der Wartung mit sich bringt.
Die Sensorik und Aktorik innerhalb der Module wird über mehrere IO-Link-Master in Schutzart IP67 direkt im Feld eingesammelt bzw. gesteuert. Das heißt, die Steuerung erkennt aufgrund ihrer Konfiguration welche Module am System verfügbar sind und aktiviert bzw. deaktiviert automatisch die verfügbaren bzw. verfügbaren Funktionen.
Zur Sicherheit werden beim Ausfall einer Hot-Connect Baugruppe alle davon betroffenen Funktionen deaktiviert und eine entsprechende Meldung an den 3D-Drucker abgesetzt. Alle anderen Bereiche laufen ungehindert weiter. So werden Ausfallzeiten und Produktionsausfälle auf ein Minimum reduziert.
Zusammenfassend bietet AZO folgende Lösungen für die unterschiedlichsten Herausforderungen:
- Kontinuierliche Produktion ohne Abriss des Materialflusses
- Maßgeschneiderte Siebtechnik für verschiedenste Korngrößen
- Explosionsschutz des gesamten Systems nach den gängigen Explosionsschutzrichtlinien
- Inertgas- und Schutzgasatmosphäre gewährleistet Produktsicherheit
- Intelligente Steuerungstechnik und Visualisierung
Damit decken die Systeme von AZO die komplette interne Rohstofflogistik ab. Vom Anliefern, über das Verarbeiten bis zum Endprodukt: Die gesamte Rohstoffautomation aus einer Hand. Perfekt abgestimmt auf Ihren Rohstoff und Ihre Produktion.
AZO – We Love Ingredients.
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