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Additive Fertigung

Großserienteile individualisieren

Aktuell sind bei Kunststoffverarbeitern zwei Trends zu beobachten: Zum einen steigt die Komplexität der Anlagen, zum anderen wünschen sie flexible Lösungen – aufgrund immer schnellerer Produktwechsel, steigender Variantenvielfalt und immer kleinerer Stückzahlen pro Auftrag bis hin zum Einzelteil. Erfüllen lassen sich diese Anforderungen zum Beispiel durch Kombination von Spritzgießen, additiver Fertigung und Industrie 4.0-Technologien, um Großserienprodukte in einem flexibel automatisierten, digital vernetzten cyberphysischen Produktionssystem wirtschaftlich in Losgröße Eins zu individualisieren.



Bild: Arburg GmbH + Co KG

Eine Herausforderung ist es, bei der Fertigung kleiner Losgrößen nicht auf Produktivität und Verfügbarkeit zu verzichten. Die Ideen, Impulse und Möglichkeiten, die heute mit Industrie 4.0 verbunden sind, können die Produktionseffizienz und Prozesssicherheit steigern. Der Begriff beschreibt im Wesentlichen die informationstechnische Vernetzung von Maschinen, Werkzeugen, Werkstücken und logistischer Peripherie. Den aktuellen Stand der Technik hat der Maschinenbauer Arburg auf der Messe Fakuma 2015 unter anderem am Beispiel einer Büroschere gezeigt. Dabei konnten die Besucher das Großserienteil zum individualisierten Unikat machen.

Vernetzte Prozesskette

Die Prozessschritte der verketteten Anlage umfassen die Auftragserfassung, das Spritzgießen, die industrielle additive Fertigung und die Darstellung der Prozess- und Qualitätsparameter auf einer teilespezifischen Internetseite. Kundenwünsche werden direkt in den Produktionsprozess eingebunden. Die erforderlichen Komponenten für die vernetzte Produktion dieser Kunststoffteile kommen aus der Hand des Maschinenbauers: die Spritzgießmaschine für das Umspritzen der Metallklingen, das additive Fertigungssystem für die Individualisierung und das Leitrechnersystem für eine durchgängige Daten- und Informationskette, die einzelnen Prozessschritte verbindet.

Ebenfalls in die Fertigungslinie integriert ist eine Laserbeschriftung. An einer PC-Station zur Auftragserfassung konnte der Besucher aus verschiedenen Scherenrohlingen (für Rechts- oder Linkshänder, vorne spitz oder rund) ein Paar wählen und das Produkt mit seinem Namen personalisieren. Der Auftrag wurde digital auf einer RFID-Chipkarte gespeichert. Die Karte wurde zum gewünschten Zeitpunkt an der Selogica-Steuerung der Spritzgießmaschine eingelesen. Im nächsten Zyklus startete die Produktion an der Spritzgieß-Station. Um flexible und schnelle Produktwechsel zu ermöglichen, arbeiteten dazu ein Maschinenbediener und ein lineares Robot-System zusammen. Nach dem manuellen Einlegen der Metallklingen in den Greifer wurden die Einlegeteile an das Spritzgießwerkzeug eines elektrischen Allrounders 370 E übergeben. Dort wurden die Kunststoffgriffe angespritzt und im Anschluss ein individueller DM-Code aufgelasert und die zugehörigen Prozessdaten an ein Leitrechnersystem weitergegeben. Das Produkt wurde ab diesem Moment zum Daten- und Informationsträger und bekam seine eigene Website.

Ein lineares Robot-System legte die fertig umspritzten Scheren in Werkstückträger ein, die mit dem Freeformer im Arburg Kunststoff-Freiformen produziert wurden. Diese wurden über ein Förderband aus der Spritzgießzelle ausgeschleust. Ein mobiler Sieben-Achs-Roboter übernahm die Werkstückträger und sorgte an der Freeformer-Station für das automatische Be- und Entladen des Bauraums. Der Freeformer brachte entsprechend der über einen Scanner ausgelesenen Informationen des DM-Codes additiv den gewünschten individuellen, haptisch erhabenen Schriftzug aus PP auf die Schere auf. Dieser Arbeitsschritt dauerte rund ein bis zwei Minuten. Das Endprodukt übergab schließlich der mobile Roboter eigenhändig an den jeweiligen Besucher.



Arburg bietet mit dem Freeformer für die additive Fertigung und Allrounder-Spritzgießmaschinen das gesamte industrielle Fertigungsspektrum. Um Großserienteile zu individualisieren, werden beide Verfahren und Industrie 4.0-Technologien zusammengebracht. Dadurch entsteht die Losgröße-1-fähige Smart Factory.
Bild: Arburg GmbH + Co KG

Zentrales Leitrechnersystem

Zentrale Bedeutung bei der vernetzten Produktion kommt dem Arburg Leitrechnersystem (ALS) zu, das gleichzeitig die Maschinen, die Automation und den gesamten Produktionsprozess effizient kontrolliert. Dort laufen alle individuellen Produktions- und Qualitätsparameter zusammen und werden archiviert. Zur Erfassung der Maschinendaten greift das ALS auf den weltweit anerkannten Standard der Ethernet-Verkabelung zurück. Die Prozesskette wird über das Anwendungsprotokoll OPC UA vernetzt.

Durch den aufgelaserten DM-Code, der besonders robust ist, wird jede einzelne Schere selbst zum Informationsträger, kommuniziert mit den Maschinen, kennt ihre Historie, ihren aktuellen Zustand sowie ihre Bestimmung und steuert ihren Durchlauf durch die Prozesskette selbst. Das Produkt ist eindeutig identifizierbar und lässt sich jederzeit lokalisieren. Das schafft Transparenz in der gesamten Produktion und ermöglicht eine einzelteilbezogene Rückverfolgbarkeit. Dabei identifiziert sich das Produkt zum einen gegenüber Maschinen und liefert Informationen für den nächsten Fertigungsschritt. Zum anderen können alle Arbeitsschritte lückenlos und fehlerfrei dokumentiert und die relevanten Prozessparameter später eindeutig zugeordnet werden. Dazu zählen Angaben zu Zykluszeit, Einspritzdruck und Umgebungstemperatur des Spritzgießprozesses sowie Bauraumtemperatur, Tropfenanzahl und Bauzeit der additiven Fertigung.

Der Leitrechner weist jedem einzelnen Teil eine eigene Internetseite in der Cloud zu. Über den Code lässt sich mit mobilen Endgeräten die teilespezifische Internetseite jederzeit und rund um die Welt online aufrufen, auch noch nach mehreren Jahren. Das spielt eine wichtige Rolle zum Beispiel für die Rückverfolgbarkeit sicherheitsrelevanter Bauteile wie Airbags für die Automobilindustrie und Implantate für die Medizintechnik. Diese Art der Nachverfolgung kann zudem die Basis für eine Just-in-time-Fertigung sein.

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