A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Effizienter 3D-Druck durch Motion Control

01  Durch 3D-Druck lassen sich komplexe Gebilde mit Hohlräumen, wie solch eine Turbine, in einem Arbeitsgang herstellen

01  Durch 3D-Druck lassen sich komplexe Gebilde mit Hohlräumen, wie solch eine Turbine, in einem Arbeitsgang herstellen

02  Die Selective-Laser-Melting-Anlage SLM 500HL stellt ­einen Bauraum von 500 mm × 280 mm × 365 mm und ­eine ­patentierte Mehrstrahltechnik bereit

02  Die Selective-Laser-Melting-Anlage SLM 500HL stellt ­einen Bauraum von 500 mm × 280 mm × 365 mm und ­eine ­patentierte Mehrstrahltechnik bereit

03  Der Controller Modicon LMC 058 bietet sich für die Steuerung und Positionierung von bis zu acht synchronisierten Achsen an

03  Der Controller Modicon LMC 058 bietet sich für die Steuerung und Positionierung von bis zu acht synchronisierten Achsen an

Beim 3D-Druck ist Präzision gefragt – vor allem, wenn es sich dabei um Laserschmelzen von Metall handelt. So erlaubt die Selective-Laser-Melting-Anlage 500 HL von SLM Solutions eine variable Schichtdicke von 20 µm bis 75 µm. Ein aufeinander abgestimmtes System aus Antriebs- und Steuerungstechnik von Schneider Electric sorgt für die erforderliche Genauigkeit und Effizienz.

Die SLM Solutions Group AG aus Lübeck gehört zu den weltgrößten Herstellern von 3D-Metalldruckern. Sie sind besonders für das Rapid Prototyping und die Kleinserienproduktion sehr gefragt. Aber auch in der Serienproduktion in der Luft- und Raumfahrtbranche wird diese Technologie genutzt und bietet dort vor allem Gewichtsvorteile. Eine Führungsrolle hat SLM Solutions besonders im Bereich des Laserschmelzens, einem Verfahren, das heute allgemein unter dem Terminus 3D-Druck bekannt ist.

Metallpulver schichtweise verarbeiten
In den Selective-Laser-Melting-(SLM-)Anlagen wird ein Pulver aus Materialien, wie Stahl, Titan oder Aluminium sowie viele andere metallische Pulver, Schicht für Schicht geschmolzen. Dabei beträgt die Schichtstärke gerade einmal zwischen 20 µm und 75 µm. Nach jedem Auftragevorgang bringt ein präzise fokussierter Laserstrahl das Metallpulver an bestimmten Stellen zum Schmelzen und die endgültige Form entsteht. So lassen sich komplexe Gebilde erschaffen, die auch Hohlräume und Strukturen enthalten (Bild 1). Mit klassischem Fräsen wäre dies auf keinen Fall umsetzbar. Die High-End-Anlage SLM 500HL (Bild 2) hat beispielsweise einen Bauraum von 500 mm × 280 mm × 365 mm. Die patentierte Mehrstrahltechnik erreicht mit ihren vier Quad-Faser­lasern mit jeweils 400 W Aufbauraten bis zu 105 cm 3 /h.
Für all diese Produktionsschritte sind hochpräzise Antriebe erforderlich, die über eine Steuerung perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen. SLM Solutions arbeitet in diesem Bereich mit Schneider Electric zusammen. „Das Gesamtpaket passt einfach am besten“, berichtet Bodo Haack, ­Leiter Elektrotechnik von SLM Solutions. „Wir haben mit den Lösungen und Produkten des Unternehmens im Verlauf sehr vieler Jahre gute Erfahrungen gemacht. In dieser Zeit gab es nie größere Probleme und wir bekommen jederzeit die nötige Unterstützung, wenn es um die Weiterentwicklung unserer Maschinen geht.“

Antriebs-, Steuerungs- und Softwarepaket
Vor diesem Hintergrund ist es verständlich, dass Schneider Electric mit an Bord war, als im Jahr 2008 die Laserschmelz-Komponenten erstmals entwickelt wurden. Seitdem kommen in den SLM-Produkten ausschließlich Motoren dieses Anbieters zum Einsatz. Konkret geht es dabei um die ­Antriebe für den Beschichter, die Pulverförderung, die Plattform und den Loader. Die Motion-Produkte von Schneider Electric waren laut B. Haack dafür die perfekte Wahl: „Sie sind zuverlässig, sehr kompakt und perfekt auf die Steuerung abgestimmt.“
Als Hardware für die Steuerung entschied sich SLM ­Solutions für den Motion Controller Modicon LMC 058 (Bild 3) von Schneider Electric. Dieser kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn es um Motion Control für synchronisierte Achsen, Geschwindigkeit, schnelles Zählen und Kommunikation geht. Er bietet standardmäßig einen CAN­open-Master sowie einen CANmotion-Master und ist für Anwendungen mit bis zu acht synchronisierten Achsen ausgelegt. Die Zykluszeit für vier Achsen beträgt 2 ms.
Für die Entwicklung der Steuerung setzten B. Haack und sein Team auf die Entwicklungsumgebung Somachine von Schneider Electric. Mit dieser Software lassen sich auch komplexe Steuerungsprojekte mit relativ geringem Aufwand umsetzen und anpassen. Dabei konnte sich SLM Solutions in jeder Projektphase auf die Unterstützung von Schneider Electric verlassen. Ein Team aus Solutions Engineers arbeitete dafür von Anfang an eng mit den Entwicklern des ­Maschinenbauers zusammen. „Ohne die Unterstützung bei der Steuerungsprogrammierung kann sich ein solches ­Projekt um Monate verzögern“, erläutert B. Haack.

Partnerschaftliche Verbindung
Die Vorteile der Zusammenarbeit zeigten sich deutlich bei der Entwicklung der größten Anlage SLM 500. Das Anlagen­system verfügt über ein voll automatisiertes Pulver­management zwischen der SLM-Anlage und der Sieb­station (PSX). Das Metallpulver wird kontinuierlich gesiebt und dem Bauprozess zugeführt. Damit entfällt das zeitaufwendige und manuelle Nachfüllen der Anlage. Über die ­separate Auspackstation (PRS) sind Arbeiten, wie das Reinigen des Zylinders und die Bauteilentnahme, effizient auszuführen. Mit einem zweiten Bauzylinder kann parallel der Folge­bauprozess gestartet werden.
Beim Laserschmelzen ist die präzise Ausrichtung der Platte extrem wichtig. Hierfür war es notwendig, die im Normalbetrieb synchron arbeitenden Antriebe einzeln so anzusteuern, dass die Nivellierung stimmt. Die Logik der Steuerung dahinter ist alles andere als trivial, doch mithilfe des Teams von Schneider Electric konnte auch hier innerhalb weniger Tage eine Lösung gefunden werden. „Wir ­haben zusammen mit Schneider Electric ein theoretisches Modell entwickelt, es in der Simulation und später in der Praxis ausprobiert und schließlich implementiert“, berichtet B. Haack. „Die gute Partnerschaft hat uns auch hier erhebliche Zeitvorteile gebracht.“
Für SLM Solutions ist die Zusammenarbeit mit ­Schneider Electric ein voller Erfolg. „Die Produkte sind für unsere Anforderungen optimal geeignet und der Support durch die Firma ist einmalig“, erklärt B. Haack. „Bei komplexen Technologien ist es äußerst wichtig, dass man in der Entwicklungsphase zum Telefonhörer greifen kann und einen kompetenten Ansprechpartner am anderen Ende der Leitung hat. Bei Schneider Electric ist das immer der Fall.“ (no)

Dietmar Spehr ist freier Journalist in München. spehrphoto@web.de