3D-Druck Prozesskette
3D-Druck Prozesskette und 3D-Erfahrungswerte für den Anwender von elementarer Bedeutung. Eine wichtige Aufgabe, die vor uns liegt, sind Aus- und Weiterbildung im 3D-Druck als Schlüsselfaktor. Erst wenn das noch junge „digitale Wissen“ sich verbreitet, und neben die konventionellen Fertigungstechnologien tritt, wird die Verbreitung in der Industrie beschleunigt werden. Dieses Wissen gilt es in die Breite zu tragen, denn die heutigen 3D-Experten sind „Selbstgewächse“ aus unterschiedlichen Berufsbildern. Ein Eckpfeiler als Bildungsauftrag ist das MINT- Prinzip. MINT steht für die Ausbildungsinhalte Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technologie. Neben der eigentlichen 3D-Verfahrens-Technologie wird durch diesen interdisziplinären MINT-Ansatz umfassendes, ganzheitliches Wissen vermittelt. Dies umfasst auch 5G, Künstliche Intelligenz (KI), Robotik oder Mechatronik, um nur ein paar Schlagworte zu nennen. Gleichsam, so wie wir es mit dem Forschungs- und Anwendungszentrum für digitale Zukunftstechnologien (FADZ), aber auch an den Hochschulen generell einleiten, muss neben der akademischen Ausbildung, eine gewerbliche, berufsbildende Ausbildung treten. Das Thema sollte auch an Berufsschulen und in der Aus- und Weiterbildung präsent sein. Das FADZ wendet sich so auch an die Berufsschulen, aber nicht nur: Workshops Bild 7: Ara Gigi mit 3D-Schnabel - vor der Operation und nach der Operation (Bild: Cicero Moraes - Zentrum für Tierpflege in Sao Paulo (BR)) für die Industrie, bei der die Handwerkskammern und Industrie- und Handelskammern unterstützen, und selbst Schulen stehen im Fokus, um die „Generation 3D-Druck“ für diese Berufsbilder zu interessieren. Stand der Technologie in Bezug auf das Zusammenspiel Hardware und Software Für Maschinen und Anlagen von AM ergibt sich die Ausschöpfung der Potentiale aus Konstruktion, digitaler Prozesskette und dem Zusammenspiel von Hardware und Software. Bezogen auf die Hardware spielten bislang Bauräume und Bauraten (Aufbaugeschwindigkeiten) eine größere Rolle. Aktuell bewegen sich Bauräume im Pulverbett-Metalldruck-Verfahren im Spektrum von 1 ccm bis ca. 800 ccm. Standardbauräume sind 187 ccm groß, im Mehrlaserbereich sind es 125 ccm. Diese Bauraumdimensionen sind heute für jede medizinische Anwendung absolut hinreichend. Auch die Aufbaugeschwindigkeiten sind, bedingt durch einen Mehrlasereinsatz, eindrucksvoll gesteigert worden. Die Bauraten liegen heute bei bis zu 40/50 ccm/h mit mehreren 1.000-W-Lasern. Zukünftig wird dies steigerbar sein durch Binder- Jetting-Technologien. Dieses Verfahren, entwickelt vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), wird für einfache Anwendungen mit gewissen Toleranzspielräumen wichtig werden. Beim 3D-Binder-Jetting- Drucken werden die Werkstücke schichtweise als „Grünlinge“ aufgebaut. Aus 3D-Daten wird die zu erzeugende Geometrie jeder einzelnen Schicht berechnet. Beim 3D-Drucken wird auf einen höhenverstellbaren Tisch eine Pulveroder Granulatschicht aufgebracht und mittels Binder an den Stellen verklebt, die zum Werkstück zählen. Dies ist ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker. Generell gilt: Die Entwicklung der letzten 10 Jahre ergab auch eine starke Ausdehnung der Losgrößen. Zunehmend stehen Qualitätssicherung und Automation im Vordergrund. Qualitätssicherung ist eine wesentliche Aufgabe der Software. Nicht nur, aber auch. Die Software übernimmt eine Lenkungsfunktion beim Aufbau des 3D-Bauteils. Sie steuert die Datenaufbereitung des Bauteils, sie steuert konstruktive Aufgaben, sie schlägt eine Belichtungsstrategie und Parameterwahl, auch für Oberflächen oder Dichten vor. Die Software passt die Ausrichtung des Bauteils im Bauraum optimal an, wie auch die notwendigen Support-Strukturen (Stützstrukturen). Zur Qualitätssicherung ermöglicht sie heute auch Wärmegang-Simulationen (thermische Simulation) und eine Verzugssimulation (mechanische Simulation) aufgrund der Dichten oder Stärken eines Bauteils. Last-but-notleast ermöglicht die Software einen sog. „Digitalen Twin“. Die erfassten, optimierten Prozessparameter des Bauteils können 1:1 abgespeichert werden. Es ergibt sich eine maximale Reproduktionsfähigkeit, wie sie nur ein digitales Bauteil ermöglicht. Zukunftsaussichten Pro Digital Pro Digital bedeutet: Es werden höhere Bauraten durch Mehrlaserund Binder Jet-Technik, und Bauteilgrößen, sowie Verbesserungen der Belichtung und QS-Sicherung oder neue Werkstoffe auf uns zukommen. Schritt für Schritt entwickelt sich die Technologie in puncto Effektivität und Effizienz weiter, auch wenn die Stufen der Entwicklung nun moderater ausfallen als noch vor 10 oder 20 Jahren. Vor uns liegen sicherlich neue bionische Produkte, neue Designs, neue Werkstoffe, nachhaltigere Produkte und eine Ausdehnung der Applikationen. In den Niederlanden druckt man seit Jahren Hausbaustoffe und ein neuer Trend ist das Drucken von Schuhen. Neben die Technologie tritt aber zunehmend der Mensch als gestaltender Faktor. Während viele Unternehmen Vorreiter sind, gibt sich die Masse bedeckt: 71 % der Unternehmen gaben 2019 an, dass bei der Auswahl von alternativen Fertigungsmethoden, beim 3D-Druck bei neuen Projekten der Mangel an Fachwissen der größte Faktor der Verhinderung sei. Und widersprüchlich dazu: 79 % der Unternehmen geben aber an, dass sich die Teile, die im 3D-Druck in den nächsten 3 bis 5 Jahren entstehen, mindestens verdoppeln werden (Quelle: Jabil Umfrage 2019). Dieser Widerspruch bedeutet faktisch: Wir wissen nicht wie es geht, aber wir wissen, dass es wichtiger wird. Die Unternehmen erkennen, es bewegt sich etwas, aber gehandelt wird eher zögerlich. Meine Ableitung: Es muss demzufolge zukünftig um ein Plus an „Digitalem Wissen“ gehen, um diese Transformation konkret zu gestalten. Die Ausund Weiterbildung der „Generation 3D-Druck“ wird der entscheidende Schlüssel für die Zukunft sein. Ausund Weiterbildung für AM wird überall auf der Welt Standortvorteile bieten, denn AM ist eine wesentliche Option Produkte lokal zu entwickeln und zu bauen. Ich sage dies auch vor dem Hintergrund der Diskussion von langen Lieferketten bis nach China. AM ermöglicht eine lokale Fertigung nahe am Bedarf. Lange Transportwege oder Abhängigkeiten sind unnötig. Digitale AM-Fabriken haben rund um den Globus vergleichbare Kostenstrukturen. Die Technologie selbst ist schon ressourcenschonend, aber der lokale Ansatz ist zudem klima freundlicher. Wir brauchen also lokale AM-Zentren, „digitale Hot Spots“. Dazu müssen wir die Technologie nun um Entwickler, Konstrukteure, Designer oder Bediener, die den 3D-Druck verstehen und anwenden können, bereichern. Nur so können wir tradierte Fertigungsstrategien in diese neuen Möglichkeiten des 3D-Drucks überführen und zukünftige Chancen der Innovation ausschöpfen. Für viele Unternehmen und Branchen wird 3D zum Wettbewerbsfaktor. ◄ 40 meditronic-journal 4/2020
Bildverarbeitung Medical & Life Science-Anwendungen mit besonderen Reinheitsansprüchen Kameras mit Dust Protection für Anwendungen in Medizin, Medizintechnik, Mikroskopie RAUSCHER info@rauscher.de www.rauscher.de Basler ergänzt vier der MED ace- Kameras um das MED Feature Set Dust Protection. Die Kameras eignen sich für Medical & Life Science- Anwendungen mit besonderen Reinheitsansprüchen. Die ersten vier MED ace Farbkameras werden um das MED Feature Set Dust Protection erweitert. Diese USB 3.0-Kameras mit 2,3 und 5,1 Megapixel Auflösung sind in Serienproduktion. Basler vereint in Dust Protection vier Komponenten und erfüllt die besonderen Reinheitsansprüche wie die Verschließung des Sensorraums, Reinraumproduktion, strenge Prüfung auf Staub und andere Partikel sowie hohe Robustheit. Anwendungen in Medizin, Medizintechnik und Life Sciences wie in der Mikroskopie stellen besonders hohe Anforderungen an die Sauberkeit der bildgebenden Komponenten. Dust Protection erweitert die Feature Sets aus Easy Compliance, Brilliant Image, Perfect Color, Low Light Imaging, Industrial Excellence und High Speed. Die speziell von Basler für die anspruchsvollen Anforderungen im Bereich Medical & Life Sciences ausgelegten Funktionen kombinieren Hardware-, Firmware- und Softwarefunktionen, die den Entwicklungsaufwand reduzieren. Sie ermöglichen Bilder höchster Qualität in kürzester Zeit, bieten aber gleichzeitig volle Flexibilität für individuelle Anforderungen. Basler MED ace Kameras zeichnen sich durch neuste CMOS- Sensoren der Sony Pregius oder der ON-Semiconductor PYTHON aus. Sie erreichen bis 164 Bilder/s und Auflösungen bis 20 Megapixel. Besonders wertvoll für den Einsatz der Kameras in Medical & Life Sciences-Anwendungen ist die Zertifizierung des Qualitätsmanagementsystems nach ISO 13485:2016. ◄ Weitere industrielle 3D-GigE-Kameras mit Intel RealSense Technologie Framos erweitert sein Port folio an industrietauglichen Kameras aus der Intel RealSense Suite. Die neuen Kameras verfügen über Gigabit-Ethernet-Konnektivität und Gehäuse gemäß Schutzart IP66. Mit der industriellen 3D GigE Vision Kamera D415e lassen sich die Vorteile einer einfach integrierbaren 3D-Vision-Technik nun auch in rauen Umgebungen erschließen, unter anderem zur Echtzeit-Positionierung, für das Ausrichten und Tracking von Robotern, bei fahrerlosen Transportsystemen und intelligenten Maschinen. Außerdem werden im Herbst 2020 auch Modul-Versionen der Kamera D415e und der artverwandten D435e verfügbar sein. Ferdinand Reitze, 3D Produktmanager bei Framos, sagt hierzu: „Die Erweiterung unseres Port folios an Ethernet-basierten Geräten mit der RealSense-Technologie von Intel ermöglicht nun weitere 3D-basierte Vision-Anwendungen. Diese Branchen haben spezielle Herausforderungen, da sie industrielle Gehäuse und Konnektivität benötigen, die in rauen und schmutzigen Umgebungen arbeiten“. Framos bringt die Intel Real- Sense Technologie in die Industrie. Die industrielle Tiefenkamera D415e enthält das Tiefenkamera- Modul D410 und den Vision-Prozessor D4 von Intel. Die Kamera verfügt über ein Industriegehäuse, das mit verriegelbaren Anschlüssen für Gigabit-Ethernet (M12), Stromversorgung und GPIO (M8) ausgestattet ist. Sie kann auch für den Betrieb mit POE (Power Over Ethernet) konfiguriert werden, um die Verkabelung zur Kamera zu minimieren. Alternativ bietet der M8-Anschluss einen separaten 12 - 24-V-Stromanschluss und GPIO für das Auslösen und die Synchronisierung. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen 0 und +55 °C. Das Gehäuse ist mit Schutzart IP66 für Wasser und Staub sowie 4x M3-Befestigungsbohrungen ausgestattet. Die Kamera arbeitet mit Intels Real- Sense SDK 2.0 zusammen und ist mit GigE Vision-Softwareanwendungen kompatibel. Die D415e bietet mit ihrer größeren Baseline von 55 mm eine höhere Genauigkeit. Sie verfügt aber, im Vergleich zum artverwandten Produkt D435e, über ein etwas kleineres Sichtfeld von 72° (diagonal), einen größeren minimalen Abstand in z-Richtung von 0,16 m und Rolling-Shutter Bildsensoren für die Tiefenerfassung. Die Kamera bietet die gleichen Eigenschaften und die gleiche Performance wie die USB-Version der Intel RealSense Tiefenkamera D415, jedoch hat Framos für die D415e ein eigenes Prozessor-Board entwickelt, um den industriellen Anforderungen an die Schnittstellen gerecht zu werden. Die GigE Vision IP ist direkt mit dem Intel ASIC D4 verbunden. Framos www.framos.com meditronic-journal 4/2020 41
