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Rapidtech trifft "Dritte industrielle Revolution"

Seit 2004 bietet die Erfurter Kongressmesse Rapidtech eine einzigartige Plattform für die Präsentation neuer Verfahren, Maschinen und Anlagen, vermittelt einschlägiges Fachwissen und diskutiert Lösungen für Anwendungen von Additive Manufacturing (AM) in unterschiedlichen Branchen. Der Erfolg der diesjährigen Auflage mit einem 20-prozentigen Ausstellerplus und 8 Prozent mehr Besuchern untermauert den Aufschwung dieser Zukunftstechnologien: Insgesamt verzeichnete die Spezial-Veranstaltung 1.300 Tagungs- und Ausstellungsgäste aus 14 Ländern. Lesen Sie hier den ausführlichen Messe-Nachbericht.

67 Aussteller aus vier Ländern präsentierten auf der Rapidtech 2012 ihre Produkte, Maschinen und Dienstleistungen rund um das Thema generative Fertigung.

Für den US-amerikanischen Soziologen Jeremy Rifkin hat die "Dritte industrielle Revolution" längst begonnen. Untrügliche Merkmale seien, so der Berater der Bundesregierung, parallele Entwicklungssprünge sowohl in der Informations- als auch in der Energietechnologie. Diese Entwicklung treffe auch auf die generativen Fertigungstechnologien zu. Für Additive Manufacturing (AM) seien sowohl Energie- und Materialeffizienz als auch dezentrales Produzieren in digitalen Netzen charakteristisch. Generative Fertigung kommt mitunter mit nur einem Zehntel an Material und Energie aus. Wenn in Zukunft 3D-Drucker flächendeckend verbreitet sind, spart der Wegfall von Liefer- und Transportwegen weitere Kosten und Energie ein.

Die Gäste der diesjährigen Rapidtech kamen aus Belgien, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Indien, Kanada, Niederlande, Österreich, Polen, Schweiz, Rumänien, Schweden, Slowakei, und den USA. In der Messehalle 2 zeigten 67 Aussteller aus vier Ländern ihre Produkte, Maschinen und Dienstleistungen rund um das Thema generative Fertigung. "Wenn man so will, fungiert die Rapidtech als Kraftverstärker dieser neuen industriellen Revolution", sagt Projektleiterin Barbara Kraushaar.

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Die Messe scheint die Bedürfnisse von Ausstellern, Teilnehmern und Besuchern punktgenau zu treffen. Stellvertretend für die Aussteller äußerte sich Rainer Valter von Sescoi: "Die Resonanz steigt von Jahr zu Jahr. Verkaufen, neue Kundenkontakte, das Unternehmen präsentieren: Alles, was wir uns vorgenommen haben, haben wir auf der Rapid.Tech erreicht." Für die Teilnehmer aus dem Ausland unterstreicht Bruno Beauchamp vom kanadischen Erstaussteller Raymor Industries Inc: "Das Publikum ist sehr interessant, es kommt aus allen Bereichen. Es war eine gute Idee, auf die Rapidtech zu kommen! Wir würden gerne nächstes Jahr wiederkommen."

2013 feiert die Erfurter Kongressmesse ihr 10-jähriges Jubiläum. Vom 14. bis 15. Mai werden in den Fachforen Luftfahrt, Medizintechnik und Zahntechnik die Möglichkeiten des AM in ausgewählten Branchen unter die Lupe genommen. Gleichzeitig thematisiert die Veranstaltung den gesamten Herstellungsprozess, angefangen von Strategien, über die Konstruktion, die Werkstoffe bis hin zu Maschinen. Auch 2013 werden sich die Vorträge der Anwendertagung und des Konstrukteurstages mit Themen aus unterschiedlichen Fachrichtungen befassen.

Die Rapidtech wird 2013 einen umfangreichen Einblick in den Bereich der Fabber (Digital Fabricator) geben. Das so genannte "Fabben" ist auf dem besten Wege, endgültig zum Mainstream zu werden und aus Konsumenten Produzenten zu machen. Experten erwarten, dass 2020 in jedem zehnten deutschen Haushalt ein solcher - dann auch preisgünstiger - 3D-Drucker stehen wird.

Dr. Phil Reeves, Wirtschaftsanalyst, Berater und diesjähriger Keynote Speaker der Rapidtech machte im vergangenen Mai anhand von sechs wichtigen Merkmalen das ökonomische Potenzial von AM deutlich und diskutierte, wie daraus neue Geschäftsmodelle entstehen. Gerade für die Kleinserienfertigung sind generative Verfahren bestens geeignet: Das Herstellen von Werkzeugen sowie finanzielle Investitionen werden eingespart und Lieferwege und -zeiten verkürzt. Die nahezu uneingeschränkte gestalterische Freiheit, die AM erlaubt, ist ein weiteres großes Plus: Höchst komplexe, oftmals bislang nicht realisierbare Geometrien sind möglich, ohne hohe Kosten. Außerdem, so führte Reeves aus, lassen sich mit einem Arbeitsprozess gleich mehrere Funktionalitäten des Bauteils ausführen. Gut bekannt ist mittlerweile der vierte wichtige Aspekt: Das Personalisieren von Produkten. Ob medizintechnische Elemente, Konsumgüter, Kunsthandwerk oder online skalierbare oder zu designende Objekte - die Individualisierung ist eine besondere Stärke der Schichtbauverfahren.

Die Nachhaltigkeitsaspekte von AM werden in den kommenden Jahren zunehmend in den Mittelpunkt rücken. Im Wesentlichen sind sie mit der Leichtbauweise verbunden, durch die sich generative Fertigungsverfahren besonders auszeichnen. Sie erlaubt enorme Kosteneinsparungen bei Energie und Material. Reeves belegte dies sehr eindrucksvoll am Beispiel eines Kabinenelements in Passagierflugzeugen, das zum Aus- und Einklappen von Monitoren dient. Konventionell produziert, wiegt dieser Aluminiumarm 0,8 kg. In der endgültigen Gestalt mit Lasermelting (SLM) hergestellt, ist sein Gewicht 0,37 kg. Betrachtet man seine Lebenszyklusanalyse werden die ökonomischen und ökologischen Vorteile des AM besonders deutlich: Aufgrund des um ein Vielfaches geringeren Materialverbrauches bei der Fertigung werden schon bei der Herstellung des Materials auch nur weniger als 20 Prozent an Energie gebraucht. Beim Fertigungsprozess selbst ist der Energieaufwand beim Laserschmelzen allerdings rund viermal so hoch. Dieser Nachteil wiegt jedoch gering bei der Gesamtbetrachtung des "CO2-Fußabdrucks" von Material und Produktion: Bei maschineller Bearbeitung beträgt er 102 kg CO2, mit SLM nur 25 kg CO2. Für den gesamten Lebenszyklus durchgerechnet, vom Materialaufwand über die Nutzung bis hin zum Recycling, entspricht der CO2-Fußabdruck des SLM-Fabrikats nur 46 Prozent des konventionell hergestellten. Für den Auftraggeber, Virgin Airlines, war die Entscheidung für AM jedoch keine Frage eines ökologischen Images, sondern betriebswirtschaftlich geleitet. Dank der Leichtbauweise rentiert sich das SLM-Fabrikat über die Kosteneinsparung für Treibstoff bereits nach 2 Jahren. Bei einer Nutzungsdauer von 5-7 Jahren bringt die Investition also eine außerordentlich gute Rendite. Schließlich wies Reeves auch auf veränderte Vertriebsstrukturen hin, als Folge der neuen, digitalen Produktions- und Kommunikationswege: So verändern sich Lieferketten radikal und dank Inhouse-Produktion entfällt ein Großteil der Lagerhaltung. Trotz derzeit exponentiell steigender Verkaufszahlen bei AM-Maschinen kann, so Reeves, jedoch noch nicht von einer Revolution die Rede sein. Dafür ist die Anwendung noch nicht stabil genug, unter anderem gibt es in der Qualitätssicherung- und Bewertung sowie bei der Prozesssteuerung, den Eigenschaften von Oberflächen und Material noch zu große Unsicherheiten.

Die Qualitätssicherung ist eines der vornehmsten Probleme im gegenwärtigen Entwicklungsprozess der generativen Fertigungsverfahren. Schichtbauverfahren werden sich nur durchsetzen, wenn auch bei Losgrößenproduktionen > 1 eine gleichbleibende Qualität der Werkstücke gewährleistet ist. Mindestens gleich hoch sind auch die Anforderungen an die Qualitätssicherheit bei Losgröße 1, denn hier droht unter Umständen ein totaler Produktionsausfall. Qualitätsbewertung, -scherung und -management bildeten die Schwerpunkte der zweitägigen Anwendertagung. In den Vorträgen ging es um Prozessüberwachung, neue Anwendungsfälle und Werkzeuge. Thomas Reinhardt von der Universität Duisburg-Essen stellte in seinem mit Prof. Dr. Gerd Witt konzipierten Vortrag ein Kennzahlensystem zur Qualitätsüberwachung und -bewertung von generativen Fertigungsverfahren vor. Dabei wurden zunächst Anforderungsprofile definiert, die in Form einer Pruüfkörpergeometrie abgebildet werden. Das Prüfen der Profile eines gefertigten Prüfkörpers erfolgt mit Hilfe definierter Mess- und Prüfverfahren. Als Bewertungsmaßstab der Profile wurden Einzelkennzahlen eingeführt. Eine Zusammenführung zu einem gesamtheitlichen Kennzahlensystem bewertet den Prozess anhand der definierten Anforderungsprofile. Im Ergebnis können Aussagen über die Qualität des Prozesses bzw. des generativ gefertigten Bauteils getroffen und mögliche Störeinflüsse eindeutig identifiziert werden.

In Extremsituationen wie in Unterwasserstationen oder auch in Forschungs- und Erkundungscamps in der Antarktis bieten 3D-Drucker bislang nicht mögliche Lösungen für die Ersatzteilbeschaffung. Die Problematik ist mittlerweile einem Millionenpublikum bekannt durch den Fall der Apollo 13-Mission, deren fatales Scheitern nur dank eines mit Bordmitteln gebastelten Bauteils verhindert werden konnte. NASA und ESA planen für die Zukunft Langzeitflüge, eine bemannte Marsexpedition ist das ehrgeizige Ziel. Im Rahmen des zweiten Fachforums "Luftfahrt" stellte Jürgen K. von der Lippe aktuelle industrielle Experimente vor, bei denen in Parabelflügen die Anwendung von AM in Schwerelosigkeit getestet werden. Ebenso wenig Science Fiction war der Vortrag von Marina Wall vom Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn. Sie reflektierte das Kernthema der diesjährigen Rapid.Tech und referierte über das Spannungsfeld Technology Push (Weiterentwicklung der Verfahren) und Market Pull (Marktanforderungen) für die Zukunft des Direct Manufacturing (DM). Ihr Institut nutzt die Szenariotechnik, um zukünftige DM-Anwendungen in der Flugzeug-, Automobil- und Elektronikindustrie vorauszudenken. Die Synchronisation von Market Pull und Technology Push erfolgt in Innovationsroadmaps, die aufzeigen, wann die Verfahren die Anforderungen erfüllen und erfolgreich angewendet werden können.

Die Digitalisierung sowohl im zahntechnischen Labor als auch in der Zahnarztpraxis nimmt aktuell rasant zu. Der Technologiewandel innerhalb der Dentalwelt führt zu einer Veränderung der Prozess- und somit auch der Wertschöpfungsketten. Das vierte Fachforum "CAD/CAM und Rapid Prototyping in der Zahntechnik" informierte zwei Tage lang umfassend über den aktuellen Stand und neue Trends. Die Prozesskette von der Abformung bis zur Eingliederung einer prothetischen Restauration ist ein Beispiel für den Wandel. Stefan Richter (Concept Laser GmbH) und Dr. Jürgen Lindigkeit (Dentaurum GmbH & Co. KG) betonten in ihrem Vortrag, dass es beim Einsatz bewährter Materialien immer darauf ankommt, sie in einen geeigneten Prozess einzubinden. Sie beschrieben neben den Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten der langjährig bewährten Dentallegierungen remanium® star CL (CoCr) und rematitan® CL (Ti- Legierung) in Pulverform auch die wirtschaftliche und präzise Herstellung von dentalen Prothetikgerüsten mit dem generativen LaserCUSING®-Prozess. Die gesamte digitale Prozesskette von Oral-Scan, CAD/CAM-Design und 3D-Druck stellte Andreas Langfeld (Objet GmbH) vor. Er erläuterte wie Dentallabore ihren Geschäftsbereich durch den Einsatz von 3D-Druckern erweitern und sich damit Wettbewerbsvorteile verschaffen können.

Das dritte Fachforum "Medizintechnik" illustrierte einen weiteren Anwendungsbereich, in dem generative Fertigungsverfahren mit großem Erfolg eingesetzt werden. Generativ hergestellte, kontur- und steifigkeitsangepasste Implantate zur Überbrückung von Knochendefekten weisen durch ihre individuelle Anpassung Vorteile gegenüber den derzeit verwendeten standardisierten Osteosyntheseplatten oder Vollkörperimplantaten (in Guss- oder Fräsverfahren hergestellt) auf. Philipp Sembdner, Christine Schöne und Ralph Stelzer von der TU Dresden stellten in ihrem Beitrag eine Methode vor für die Rekonstruktion eines Knochendefekts auf Grundlage bereits bekannter Schnittkonturen. Diese Konturen werden mathematisch über geometrische Formen beschrieben und an den individuellen Patientenfall angepasst. Alexander Bonke (FIT Fruth Innovative Technologien GmbH) beschäftigte sich in Erfurt mit konstruktiven bionischen Grundlagen von Implantaten und ihrer Umsetzung. Die Natur baut Körper aus Gitterstrukturen auf. Durch dieses funktionsgetriebene Gestalten jeder einzelnen Form entsteht eine effiziente Energie- und Materialausnutzung. Jede Struktur muss den Anforderungen, die durch die natürliche Umgebung vorgegeben werden, gerecht werden. Die natürliche Bauteilgeometrie besteht am Ende aus der Kombination der verschiedenen Funktionen bzw. Strukturen. Durch die Verwendung von additiven Fertigungstechnologien kann diese natürliche Bauweise effizient für funktionelle Konstruktionen sowohl in Kunststoffen als auch in Metallen genutzt werden.

Die Natur erschafft aus einem sehr begrenzten Materialpool mittels vielfältiger Strukturvariationen Körper mit völlig unterschiedlichen Materialeigenschaften. Dank additiver Fertigung ist es möglich, sich der limitierenden Denkweise der konventionellen Fertigung - körperorientiertes Design - zu lösen. An ihre Stelle tritt der Natur nachempfundenes, funktionsorientiertes Design, das den Bauteilanforderungen gerecht wird. Ein Workshop von Prof. Dr. Bernd Hill (IWM GmbH), stellte "angewandte Bionik in systematischen Produktentwicklungsprozessen" in den Mittelpunkt des Konstrukteurstags. Hills Grundthese lautet: "Viele Probleme, an denen Ingenieure aus den verschiedensten Bereichen arbeiten und nach Lösungen suchen, hat die biologische Evolution in ihren Systemen längst mit Erfolg auf ihre Weise gelöst. Jeder Konstrukteur, Ingenieur oder Designer sollte deshalb von vornherein die Natur nach ihren Lösungen befragen, wenn es um die Lösung eines vergleichbaren technischen Problems geht." Bernd Hill stellte die natur-orientierte Innovationsstrategie zur Zielbestimmung und Lösungsfindung mit Katalogen von Naturprinzipien vor. Damit wird den Konstrukteuren eine effiziente Vorgehensweise und wirkungsvolle methodische Orientierung bei der Lösungsfindung an die Hand gegeben. Sie verkürzt Produktentwicklungszyklen und gibt den Unternehmen die Möglichkeit, schneller auf Markt- und Kundenanforderungen reagieren zu können.

Die 10. Rapid.Tech findet vom 14. bis 15. Mai 2013 im Messezentrum Erfurt statt. kf

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