Industrieller 3D-Druck im Container
Mobile Fertigung für den Fall der Fälle
Die Herstellung von Ersatzteilen an schwer zugänglichen Orten per additiver Fertigung, das ist die Idee der Mobile Smart Factory. Dank eines gekühlten Rundtisches für Werkstückdruck und -bearbeitung können Auftragsschweißen und spanende Bearbeitung ohne Neueinrichtung in einem Bauraum erfolgen.
 Die Mobile Smart Factory besteht aus zwei Containern. Einer mit der Anlage für die additive Fertigung und die Fräsarbeiten sowie dem Peiseler-Rundtisch zur Positionierung der Werkstücke (links im Bild). Der andere Container dient zur Arbeitsvorbereitung.
Die Mobile Smart Factory besteht aus zwei Containern. Einer mit der Anlage für die additive Fertigung und die Fräsarbeiten sowie dem Peiseler-Rundtisch zur Positionierung der Werkstücke (links im Bild). Der andere Container dient zur Arbeitsvorbereitung.Bild: Peiseler GmbH & Co. KG

Produktionsausfälle zu vermeiden ist für jedes Unternehmen das A und O. Sie sind kostenintensiv und können schnell bedrohliche Ausmaße annehmen, vor allem in Bereichen, wo die Infrastruktur und Logistik schwer erschließbar ist – etwa im Bergbau, in Minen und überall dort, wo der nächste Fertiger weit entfernt oder schlecht zu erreichen ist. Fällt etwa ein Minen-Bagger aus, kostet das am Tag schnell 200.000 Dollar. In einer Gold- oder Diamantmine ist die Dimension noch größer: Der Ausfall eines relevanten Teils im Förderstrang kann Kosten von einer Million Dollar am Tag verursachen.

Statt notwendige Ersatzteile zeit- und kostenintensiv einzufliegen, wäre eine mobile Produktion gerade an abgeschiedenen Orten eine Lösung. Wenn mit einer solchen Anlage jederzeit ein Bauteil repariert oder neu generiert werden könnte, wäre das im wahrsten Sinne Gold wert. Genau hier setzt Bionic Production mit seiner neuen Mobile Smart Factory (MSF) an. Sie ist unter Mitwirkung des Remscheider Unternehmens Peiseler und dessen Kunden Metrom entstanden. Untergebracht in einem speziell angepassten 20 Fuß Container ermöglicht sie eine additive und subtraktive Bearbeitung von Bauteilen. „So können Ersatzteile vor Ort schnell repariert oder neu generiert werden“, erläutert Paul Jahn, bei Bionic Production als Projektmanager für die MSF zuständig. „Das ermöglicht eine deutliche Verringerung von Ausfallzeiten und somit eine maßgebliche Kosteneinsparung.“

Dass gerade Bionic Production eine solche Lösung anbietet, hat einen Grund: Das zur Hamburger Hafen und Logistik AG (HHLA) gehörende Unternehmen bietet die gesamte Prozesskette des 3D-Drucks an, von der strategischen und operativen Beratung über das Engineering von bionischen Bauteilen bis hin zu deren Produktion und dem Post-Processing für die Prototypen-, Einzelteil-, Ersatzteil- und Serienproduktion. Für eine möglichst nachhaltige und gewinnbringende Herstellung betrachtet das Lüneburger Unternehmen dabei die Innovationskraft der Natur als Vorbild.

 Stefan Burger, Projektingenieur bei Bionic Production, beim Einspannen eines Werkstücks in der Mobile Smart Factory.
Stefan Burger, Projektingenieur bei Bionic Production, beim Einspannen eines Werkstücks in der Mobile Smart Factory.Bild: Peiseler GmbH & Co. KG

Technologiepartnerschaft mit Metrom und Peiseler

Für die additive Fertigung im Container der mobilen Fabrik setzt das Unternehmen auf das Drahtauftragsschweißen mit Metall. Bei diesem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) wird ein per Lichtbogen geschmolzener Metalldraht lagenweise aufgetragen und generiert so das metallische Bauteil. Die anschließende Fräsarbeit für die Feinmodellierung erfolgt in der gleichen Anlage und damit in einer einzigen Aufspannung. So kommt es zu keinem Toleranzverzug. Da für die Fräsarbeiten kein erneutes Einmessen auf einer separaten Anlage erforderlich ist, profitiert der Anwender von einer deutlichen Zeiteinsparung. Dies ist auf dem Markt ein Novum und Ergebnis einer Entwicklung des sächsischen Unternehmens Metrom. Für die MSF also genau die passende Technologie und Grund genug für Bionic Production, mit Metrom eine Technologiepartnerschaft einzugehen.

Zu dieser gehört auch Peiseler, Hersteller für rotative Bewegungs- und Positionierlösungen und als kompetenter Entwicklungspartner im Werkzeugmaschinenbau anerkannt. Denn sowohl die additive als auch subtraktive Fertigung in dem MSF-Container erfordern eine hochpräzise Positionierung des Werkstücks. Diese verantwortungsvolle Aufgabe übernimmt der Rundtisch ATU 400. Dass sich der Anlagenbauer Metrom für Peiseler entschieden hat, kommt nicht von ungefähr. Denn bei der ersten gelieferten Metrom-Anlage, die Bionic Production in den Container integriert hatte, kam für das Auftragsschweißen noch die Schweißtechnologie von Gefertec zum Einsatz. Dieses Berliner Unternehmen bietet ebenfalls Maschinen mit der WAAM-Technologie an und setzt bei der Positionierung der Werkstücke seit geraumer Zeit gleichfalls auf Peiseler: Alleine in den letzten drei Jahren orderte Gefertec dafür 32 Teilgeräte.

 Beim 3D-Druck kommt das Wire Arc Additive Manufacturing zum Einsatz. Dabei wird mit einem Lichtbogen-Schweißgerät ein Metalldraht aufgeschmolzen und so nach und nach das Bauteil generiert.
Beim 3D-Druck kommt das Wire Arc Additive Manufacturing zum Einsatz. Dabei wird mit einem Lichtbogen-Schweißgerät ein Metalldraht aufgeschmolzen und so nach und nach das Bauteil generiert.Bild: Peiseler GmbH & Co. KG

Kühlkonzept für WAAM-Prozess

„Die Peiseler-Lösung hat uns überzeugt“, betont Marcus Witt, Chief Technology Officer bei Metrom. Sein Unternehmen hat sich auf parallelkinematische Maschinen mit fünf Achsen spezialisiert, die die Genauigkeit und Steifigkeit stationärer Bearbeitungsmaschinen auch bei mobilen Anwendungen gewährleisten. Der Rundtisch von Peiseler bildet in dem Konzept die sechste Achse und ermöglicht neben der Positionierung des Bauteils die komplette Nutzung des Bauraums. „Diese Sonderkonstruktion passt bestens für unseren speziellen Bedarf“, hebt Witt hervor. „Darauf wollen wir nicht mehr verzichten.“ Ganz wesentlich dabei sei, dass Peiseler bei diesem Rundtisch ein selbst entwickeltes Kühlkonzept umgesetzt hat. Dabei kommt eine spezielle Planscheibe zum Einsatz, bei der über einen Drehverteiler Kühlwasser gepumpt wird. „Damit ist es uns gelungen, die durch das Lichtbogenschweißen entstehenden hohen Temperaturen auf der Planscheibe und somit direkt am Werkstück signifikant zu verringern“, berichtet Marc Gronau, Vertriebsleiter bei Peiseler. „Die Dichtungstechnik für das Kühlmedium Wasser ist zwar sehr aufwendig, doch da wir unsere Drehverteiler selbst entwickeln und fertigen, haben wir das im Griff.“ Bei der Planscheibe des Rundtischs habe sich Peiseler für eine Aluminiumlegierung entschieden, weil diese rostfrei ist und über eine sehr gute Wärmeleiteigenschaft verfügt. „Zudem haben unsere Konstrukteure die in der additiven Fertigung zum Einsatz kommenden Komponenten kontinuierlich optimiert“, erklärt Gronau. „Insofern werden diese selbst den rauen Gegebenheiten beim Auftragsschweißen gerecht.“

Für den Metrom-CTO Witt bietet die wassergekühlte Planscheibe den entscheidenden Mehrwert: „Mit dem Kühlkonzept hat Peiseler eine Alleinstellung auf dem Markt. Das ist entscheidend für die additive Fertigung mit dem Lichtbogenauftragsschweißen.“ Vor dem Kontakt zu Peiseler habe sein Unternehmen bei anderen Anbietern nach einer geeigneten Lösung gefragt. Diese mussten allerdings passen. Der bei Bionic Production für die MSF zuständige Projektmanager Jahn sieht das genauso: „Der gekühlte Tisch ist für das von uns eingesetzte WAAM-Verfahren das Nonplusultra.“

 Programmierung für die Fertigung eines Rührflügels, der auf dem Peiseler-Rundtisch in der Mobile Smart Factory montiert ist.
Programmierung für die Fertigung eines Rührflügels, der auf dem Peiseler-Rundtisch in der Mobile Smart Factory montiert ist.Bild: Peiseler GmbH & Co. KG

Großes Potenzial erwartet

Alle drei Partner sehen ausgezeichnete Perspektiven für die Vermarktung der MSF. Ob Vertrieb, Vermietung oder angebotene Auftragsarbeiten, die bislang einzigartige Hybrid-Anlage in einem Container sei für Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen interessant. Bionic Production zielt neben der Minentechnik auch auf Kunden aus dem Reedereiumfeld, der Öl- und Gasindustrie, dem Rail-Bereich sowie dem Maschinenbau. „Auch der immer wichtiger werdende Nachhaltigkeitsaspekt wird für einen weiteren großen Schub sorgen“, ergänzt Daniel Beck, Geschäftsführer von Bionic Production. „Denn die Reduzierung von aufwendiger Logistik z.B. für die Beschaffung neuer Teile kann für eine beträchtliche CO2-Einsparung sorgen.“ Ganz aktuell werde darüber hinaus die in vielen Bereichen gegebene schwierige Lieferkettensituation ein starker Treiber sein. Denn die Möglichkeit einer dezentralen Produktion helfe dabei, mögliche Instabilitäten zumindest etwas zu verringern.

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