„AM trägt entscheidend zur Nachhaltigkeit von Prozessketten bei“

ExOne

Die ExOne GmbH aus Gersthofen entwickelt und baut Binder-Jetting-Anlagen. Ihr Geschäftsführer Roland Ladewig erklärt im Interview, welche Materialien das Inkjet-basierte 3D-Druck-Verfahren verarbeitet, wo es zum Einsatz kommt und wie er sich typische additive Prozessketten im Jahr 2030 vorstellt.

Können Sie uns ExOne kurz vorstellen?

Roland Ladewig: Ja gerne. Unsere Wurzeln gehen ins Jahr 1999 zurück, als das damalige Augsburger Start-up Generis erste 3D-Prototypendrucker zur Fertigung von Sandgießformen und –kernen entwickelte. Aus Generis ist neben uns auch die Firma Voxeljet hervorgegangen. ExOne gibt es seit 2005. Heute haben wir weltweit 300 Mitarbeiter, davon 140 in Deutschland. Neben unserem Headquarter nahe Pittsburgh und zwei weiteren US-Standorten haben wir ein  Produktionsservice-Center in Japan, sechs weitere Ländervertretungen in Asien sowie unser S. Kent Rockwell 3D-Druck-Innovations-Center in Gersthofen. Hier liegt der Schwerpunkt unseres Maschinenbaus. Wir entwickeln und bauen Binder-Jetting-Anlagen für die Serienproduktion, den Prototypenbau und für Forschungszwecke. Wir befassen uns intensiv mit den Prozessen des Formenbaus und sind Weltmarktführer in der Produktion von Sanddrucksystemen. Wobei die Materialvielfalt für das Binder-Jetting wächst. Dadurch können wir Metallteile direkt drucken – neben dem indirekten Beitrag in Form der Sandformen und -kerne unter anderem für Gießereien.

Welche Materialien lassen sich denn im Binder-Jetting-Verfahren verarbeiten?

Ladewig: Das Spektrum reicht von Quarzsand, synthetischen Ceramic Beads, Chromitsand oder Zirkon für Sandformen und -kernen hin zu Metalllegierungen für den Direktdruck. Darunter die Edelstähle 316L, 17-4PH, Edelstahl-Bronze und Eisen-Bronze, Inconel 625 und 718 sowie gebundenes Wolfram, das in vielen Märkten Blei ersetzt. Auch Eisen-Chrom-Aluminium, Kobalt-Chrom und ultrahartes Tungsten-Karbid lassen sich mit unserem Verfahren verarbeiten.

Worin unterscheiden sich Ihre Anlagen vom Wettbewerb?

Ladewig: Unser Binder-Jetting-Verfahren kommt ohne Laser- oder Elektronenstrahlquelle aus. Stattdessen wird das ausgebreitete Pulverbett im Inkjet-Verfahren selektiv mit einem jeweils für das Material geeigneten flüssigen Binder vernetzt. Das geschieht Schicht für Schicht, wobei die Arbeitsplattform jeweils minimal abgesenkt wird. Nach und nach entstehen so ein großes oder auch mehrere kleine Bauteile. Es bedarf keiner Stützstrukturen oder Verbindung zur Bauplatte. Nach dem Binder-Jetting-Prozess werden die Bauteile mechanisch angeregt und mit Druckluft vom Restpulver befreit. Metallteile lassen sich anschließend im Sinterverfahren und wenn nötig durch heißisostatisches Pressen härten. Bei Sandformen ist - je nach angewandtem Prozess - oft keine weitere Nachbehandlung nötig. Ein großer Unterschied zu anderen Verfahren besteht in der Produktivität: Unsere aktuell größte Anlage hat ein Bauraumvolumen von 2200 x 1200 x 600 mm, das sich durch Integration einer zweiten Baukammer verdoppeln lässt. Sie fertigt mit Aufbauraten bis 400 Liter pro Stunde. In Testreihen haben wir Toleranzen im Mikrometerbereich erreicht. Wir sind mit Kunden dabei, den Schrumpf beim Sintern und Pressen direkt gedruckter Metallteile exakt zu messen, um die Konstruktion mit diesen Daten zu optimieren.

Welchen Teil der Wertschöpfungskette im Additive Manufacturing decken Sie ab?

Ladewig: Rund 80 Prozent unserer Umsätze entfallen auf den Maschinenbau; also letztlich auf den Verkauf unserer Anlagen. Daneben bieten wir die Konstruktion und Fertigung von Formen und Kernen sowie metallischen Direktdruckbauteilen an und wir wirken vor allem in den USA in geförderten Forschungsprojekten im Bereich der Materialforschung mit. Die Inhouse-Fertigung von Bauteilen ist für uns wichtig, um Verfahren und Anlagen zu optimieren, sie jeweils für die Anforderungen unserer Kunden zu qualifizieren - und bei Bedarf anzupassen. Wir ersetzen in indirekten Verfahren wie auch im Direktdruck den teuren, meist material- und energieintensiven Werkzeugbau. AM trägt so entscheidend zur Nachhaltigkeit der Prozessketten bei.

Wo sehen Sie den größten Entwicklungsbedarf für die AM-Branche?

Ladewig: Unseren Kunden geht es vor allem um die Produktivität der Verfahren und um deren Integration in bestehende Prozessketten. Der Markt verlangt nach Konzepten, um 3D-gedruckte Bauteile möglichst ohne manuelle Zwischenschritte in die Fertigungsketten und Vertriebskanäle einzuschleusen. Die Frage der Industrialisierung gehen wir mit unseren Kunden konkret an, um unsere Maschinenentwicklung gezielt darauf ausrichten zu können.

Wie stellen Sie sich die typische AM-Prozesskette im Jahr 2030 vor?

Ladewig: Es wird bis dahin möglich sein, die Freiheitsgrade additiver Verfahren in industriellen Prozessen im vollen Umfang zu nutzen. Noch resultiert die hohe Individualisierung der Bauteile in der Notwendigkeit manueller Säuberungs- und Nachbearbeitungsprozesse. Bis 2030 werden diese Post-Prozesse automatisiert erfolgen. Damit wird die Integration 3D-gedruckter Bauteile in dann individualisierte Endprodukte deutlich effizienter. Zudem werden wir ein sehr viel breiteres Spektrum an Branchen und Märkten bedienen – bis hin zu individuell gestalteten Innenräumen von Konzertsaal bis Museum. Additive Verfahren erlauben hier ganz neue Verbindungen von Funktion und Ästhetik. Eine zentrale Voraussetzung für die Erschließung neuer Märkte ist die Weiterentwicklung der Materialbasis – in unserem Fall von den Pulvern bis zu den Bindern.

Abschlussfrage: Mit welchen Zielen haben Sie sich der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA angeschlossen?

Ladewig: Sie bietet uns eine Plattform, auf der wir Vertreter aus verschiedenen Industrien und Unternehmen treffen, die sich mit allen Bereichen des Additive Manufacturing beschäftigen; ob AM-Anlagen, Peripherie, Materialien, Konstruktion, Fertigung oder Forschung. Wo sonst kann man so viele Perspektiven kennenlernen? – Und das ist kein Selbstzweck, sondern wir nehmen aus den Diskussionen der Arbeitsgemeinschaft wichtige Impulse für die Entwicklung unserer Anlagen und für unsere Ausrichtung mit. Wir haben so eine Reihe von Projekten und Themen identifiziert, mit denen wir uns näher befassen werden. Der Austausch hilft, über den Tellerrand zu schauen, unsere Anlagen im großen Zusammenhang zu betrachten und auf die zukünftigen Veränderungen im Produktionsbereich auszurichten.

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