Konsequente Prozessoptimierung erzielt hohe Produktivitätszuwächse

Frank Herzog, ist Gründer, technologischer Kopf und Geschäftsführender Gesellschafter der Concept Laser GmbH aus Lichtenfels. Das Unternehmen bietet Maschinen- und Anlagentechnik für den 3D-Druck von Metallbauteilen an und beschäftigt über 170 Mitarbeiter an Standorten in Deutschland, den USA und China.

Auf welche Bereiche im Additive Manufacturing zielt Concept Laser ab?
Herzog: Unsere Anlagen schmelzen Metallpulver in unserem patentierten Lasercusing-Verfahren. Das ist ein Pulverbettverfahren, in dem Pulver Schicht für Schicht zu Bauteilen aufgeschmolzen wird. Unsere Kunden kommen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobil, Medizin- und Zahntechnik, Werkzeug- und Formenbau und Schmuckdesign. Nach Anfängen im Prototypenbau, der nach wie vor stark ist, geht die Marschrichtung ganz klar in Richtung Produktion; noch in kleinen und mittleren Serien. Ein typischer Business Case ist die Ersatzteilversorgung nach Auslaufen einer Produktion. Dann sind Formen- und Werkzeuge nicht mehr verfügbar. Auch für Kleinserien in der Luftfahrt, individuell geformte Knie- und Hüftgelenke, Zahnkronen oder für Bauteile in Bussen, LKW oder im Rennsport wird unser Verfahren genutzt. Mit zunehmender Produktivität der Verfahren wächst die Vielfalt der Einsatzfelder.

Welche Materialauswahl können Nutzer in Ihren Anlagen verarbeiten?
Herzog: Eine ganze Menge. Kupferlegierungen, die heute schon in Raketentriebwerken zum Einsatz kommen, Edel- und Werkzeugstähle, Nickelbasislegierungen, Kobalt-Chromstähle, Inconel, diverse Aluminium- und Titanlegierungen und Sonderwerkstoffe - beispielsweise für Kronen, um optimale keramische Verblendbarkeit zu gewährleisten, oder für Heißbereiche in Gasturbinen. Die Werkstoffvielfalt nimmt rasant zu. Für spezifische Anwendungen lassen sich die Werkstoffzusammensetzungen maßschneidern – wir nennen das tailorn.

Viele Anwender additiver Fertigungstechnik beklagen mangelnde Reproduzierbarkeit und Produktivität. Was gedenkt Concept Laser dagegen zu tun?
Herzog: Wir stellen in Kundenbefragungen ein hohes Maß an Zufriedenheit fest. Natürlich ist auch bei uns nicht alles Gold, was glänzt. Aber die Robustheit unserer Anlagen haben wir in den letzten fünf Jahren deutlich verbessert. Wir profitieren hier vom Austausch mit den zwei Unternehmen der Hofmann Innovation, die aus der Fertigungswelt kommen und uns wertvolle Hinweise geben. Sie haben unsere Anlagen im täglichen Einsatz; und sie haben den Vergleich mit dutzenden Metallbearbeitungsmaschinen. Auch unsere Kunden aus der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt stellen höchste Anforderungen, weil sie das in ihren streng regulierten Märkten müssen.

Welchen Einfluss haben die Regularien des Marktes auf Concept Laser?
Herzog: Teils formulieren sie einige hundert zusätzliche Anforderungen an Anlagen und Technik, die wir erfüllen. Wir stellen uns diesen Qualitätsanforderungen, denn wir lernen dabei und bauen Vertrauen auf. Das zahlt sich aus. Wir rüsten in Kürze eine Fabrik mit Dutzenden unserer Maschinen aus. In diesem Stadium gibt es gar keine Diskussionen mehr über Robustheit und Qualität. Die wird vorausgesetzt. Wir machen den Maschinenbau inhouse und arbeiten seit 2008 systematisch an unseren QM-Modulen. Heute überwachen diese Inline den Schmelzprozess und dokumentieren jede winzige Abweichung. Der Kunde weiß damit genau, dass und wo im Bauteil er ganz genau hinschauen muss. Das System überwacht die Pulverschmelze bei 3000 mm pro Sekunde alle 0,1 mm und bezieht dabei auch alle äußeren Einflüsse ein. Sei es ein Erdbeben, das die Anlage erschüttert, sei es ein kurzer Aussetzer des Lasers oder ein Fehler im Gasflow. Mit dieser Inline-Kontrolle unterscheiden wir uns deutlich vom Wettbewerb. Als ich 2006 auf den Faserlaser umgestellt habe, sind in der Frühphase einige Fehler in der Belichtung passiert. An den Bauteilen war nichts davon zu sehen. Das war der Anlass, einerseits die Steuerung zu optimieren und andererseits das Prozess-Monitoring zu entwickeln.

Wo sehen Sie als Anlagenbauer Potentiale für Produktivitätssteigerungen im Additive Manufacturing?
Herzog: Ich sehe die Technik noch im Frühstadium und bin nicht sicher, ob wir überhaupt schon fünf Prozent des Potentials erschlossen haben. Potential sehe ich vor allem im additiv gerechten Design, in der Anlagentechnik und den Prozessen. Wir arbeiten einerseits an der Mehrlaser-Technik und stellten auf der Formnext unsere neue M-Line mit vier 1kW-Lasern vor. Unsere M2 Duo-Laser gilt in ihrem Segment momentan als die produktivste Anlage im Markt. Und wir arbeiten an der Automation der Prozesskette. Wir werden unsere AM-Factory of Tomorrow in enger Kooperation mit Swisslog in den nächsten drei bis vier Jahren Schritt für Schritt entwickeln. Modulare Bauräume, automatisiertes Pulverhandling, automatisierte Nachbehandlung. Wir sind aber ebenso wie unsere Marktbegleiter noch weit davon entfernt, unsere Prozesse bis zum Letzten auszureizen. Ich gehe davon aus, dass durch konsequente Prozessoptimierung – sei es Lasergeschwindigkeit, Spotgröße, Schichtdicken, Überlapp und vieles mehr – noch Produktivitätszuwächse im hohen zweistelligen Prozentbereich erreichen können. Allein die Verdopplung der Schichtdicke bedeutet ja schon die Halbierung der Bauzeit. Aufbauraten sind durch mehr Energie oder größere Spots dort zu steigern, wo die Präzision nicht ganz so hoch sein muss. Da liegt noch viel drin. Wenn unsere Kapazitäten wachsen, werden wir das angehen.

Mit welchen Zielen und Interessen haben Sie sich der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing angeschlossen?
Herzog: Die Arbeitsgemeinschaft bietet uns die Gelegenheit mit Kunden, Anwendern, mit Zulieferern und Marktbegleitern gemeinsam in die Zukunft zu schauen und darüber zu diskutieren, was wir unternehmen müssen, um Additive Manufacturing weiter voranzubringen. Etwa in der Frage der Aus- und Weiterbildung von Konstrukteuren im additiv-gerechten Design, oder Fragen rund um verbindliche Qualitätsstandards, Öffentlichkeitsarbeit. Vieles davon können wir als Maschinenhersteller nicht allein tun, sondern dafür müssen wir uns als junge Branche erst zusammenraufen und alle unseren Beitrag leisten. Und natürlich wollen wir uns auch als Interessenvertreter des Anlagenbaus einbringen und unsere Sichtweisen vertreten.

Welche Chancen birgt aus Ihrer Sicht die kürzlich vollzogene Vereinbarung zwischen GE und Concept Laser?
Herzog: GE teilt unsere Vision über das Potenzial der additiven Fertigung, die digitale Transformation der industriellen Produktion zu voranzubringen. Wir freuen uns, dass wir gemeinsam die Entwicklung der Technologie zum Nutzen unserer Kunden beschleunigen können. Wir haben einige spannende neue Produktangebote auf dem Markt, einschließlich unserer innovativen modularen Konzepten AM Factory of Tomorrow, und mit der Unterstützung von GE werden wir im Zentrum der Industrie 4.0 sein.

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