Text: Annedore Bose-Munde

Der 3D-Druck ist längst nicht mehr nur ein Herstellverfahren für ausgefallene und ansonsten schwer zu fertigende Teile. Er hat in vielen Bereichen der industriellen Fertigung inzwischen einen festen und selbstverständlichen Platz. Doch warum engagiert sich ein Unternehmen wie die Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG im Bereich 3D-Druck? Was ist das Ziel? „Grundsätzlich stellt unser Unternehmen Verbindungslösungen und Komponenten her, und dies möglichst effizient und qualitativ hochwertig. Dementsprechend sind natürlich auch die dafür eingesetzten Fertigungsverfahren interessant für uns. Doch wir hinterfragen sie auch regelmäßig hinsichtlich ihrer Relevanz und Wirtschaftlichkeit. Wenn also ein neues Verfahren auf den Markt kommt, ist es wichtig zu wissen, was dies für die Arnold-Prozesse und -Produkte bedeutet“, sagt Uwe Wolfarth. Als Senior Director Research, Development and IP ist bei ihm alles angesiedelt, was mit Forschung, Entwicklung und gewerblichen Schutzrechten im Unternehmen zusammenhängt. Im Rahmen dieser Tätigkeit hat er auch das Projekt 3D-Druck betreut. „Man ist in diesem Arbeitsbereich sozusagen weit in der Zukunft unterwegs und trifft somit Entscheidungen auf der Basis von Informationen, von denen man oft erst Jahre später weiß, ob sie richtig waren“, sagt er.

Mit der additiven Fertigung bestünden nun Möglichkeiten, die es in der Form bisher nicht gab, beziehungsweise die nicht wirtschaftlich darstellbar gewesen wären. Daher sei es wichtig, das Verfahren und die Möglichkeiten kennenzulernen - auch mit Blick auf die Herstellverfahren bei Arnold, so Wolfarth. Grundsätzlich stellt sich vor diesem Hintergrund natürlich die Frage, ob das Unternehmen mit den derzeit eingesetzten Verfahren ausreichend wettbewerbsfähig ist. Oder gibt es Ansatzpunkte, wo das Additive Manufacturing im Sinne der Wirtschaftlichkeit für alle Beteiligten wirtschaftlicher ist?

Relevanz additiver Verfahren prüfen

Der Rohmaterialpreis, also der Preis für das Pulver, ist deutlich zurückgegangen, die Maschinen zur additiven Herstellung von Bauteilen sind effizienter geworden und die Qualität der gefertigten Produkte ist konstanter. Somit ist die Prozessstabilität, die für Arnold Umformtechnik ein sehr wichtiger Punkt in der Fertigung ist, auch gewährleistet.

„Derzeit wird das im Unternehmen vorhandene Know-how strukturiert. Mit Blick auf den Kunden ist jedoch künftig auch eine professionelle Beratung für das Thema 3D-Druck wichtig. Fest steht: Die Herstellung eines vorhandenen Teiles kann nicht einfach von der Zerspanung auf die additive Fertigung appliziert werden“, so Wolfarth. Also sei eine qualifizierte Beratung die Grundlage dafür, um gemeinsam mit dem Kunden zu entscheiden, ob es sinnvoll ist, die Teile umzudesignen. Auf jeden Fall aber könne bei neuen Teilen der 3D-Druck in die Entscheidungsfindung einbezogen werden. Hier dann jedoch gleich zu Beginn der Prozesskette, also mit der Entwicklung, Konzeption und Konstruktion. Dazu gehört beim additiv gefertigten Teil dann beispielsweise auch, Festigkeiten und Beanspruchungen zu ermitteln und zu verstehen.

Einsatz in Entwicklung und Prototypenherstellung

Bei Arnold Umformtechnik wird für diese Anwendungen ein 3D-Druck-Modell erstellt. Auch erforderliche Toleranzen und Nachbearbeitungen werden hier sofort erkennbar und mit eingeplant. Zudem werden Themen wie Oberflächengüte und Qualitätssicherung in diesem Zusammenhang betrachtet.

Mit der derzeit genutzten Anlagentechnik wird das SLM-Verfahren (Selective Laser Melting) umgesetzt, also das schichtweise Auftragen von Pulver und das partielle Verschweißen mit dem Laserstrahl. Das Besondere bei Arnold ist, dass die Maschine quasi im Vakuum arbeitet. Das bedeutet, dass eine sehr hohe Reinheit gewährleistet wird, sowohl im Arbeitsraum als auch im Pulver, welches ebenfalls vakuumisiert ist. Dadurch sind die Arbeitsergebnisse sehr hochwertig. „Wir arbeiten heute zu fast 100 Prozent im Stahlbereich - mit unterschiedlichen Güten. Möglich ist aber auch die Verarbeitung von Aluminium, Edelstahl und rostfreien Stählen“, so Wolfarth.

Das Additive Manufacturing wird also bei Arnold Umformtechnik bereits eingesetzt - momentan überwiegend in den Bereichen Entwicklung und Prototypenherstellung. Dadurch können natürlich Entwicklungszyklen verkürzt werden. Konkret heißt das mit Blick auf das Portfolio von Arnold Umformtechnik, dass auch Verbindungselemente gedruckt werden können, um bestimmte Voruntersuchungen und Test zu machen und somit die Werkzeugentwicklung zu sparen. „Verbindungselemente, die in einer höheren Stückzahl benötigt werden, können jedoch momentan noch nicht mit additiven Verfahren hergestellt werden“, sagt Uwe Wolfarth. „Seine Stärke spielt das Additive Manufacturing bei Bauteilen aus, die konventionell nur mit extremem Aufwand oder gar nicht gefertigt werden können. Dies sind beispielsweise bionische Strukturen.“

Eckdaten für wirtschaftlichen Prozess analysieren

Im Fokus der Anwendungen stehen die traditionellen Qualitätskunden von Arnold Umformtechnik, also die Mobilitätskunden, aber beispielsweise auch Hersteller von Filter- oder Hydraulikanlagen. Grundsätzlich geht es bei der neuen Anwendung um komplexe Bauteile, bei denen die Vorteile des Verfahrens ausgespielt werden können und natürlich auch um Stückstahlen, die - in Abhängigkeit vom Bauteil - in einem Bereich von ein bis 5000 Stück liegen. Letztendlich muss auch beim Einsatz additiver Verfahren die Wirtschaftlichkeit gewährleistet werden.

„Ich muss verstehen, was der Kunde mit Blick auf die Bauteile und die Verbindungsstelle gelöst haben möchte. Im nächsten Schritt muss abgeschätzt werden, ob das additive Verfahren geeignet ist oder ob ein konventionelles Verfahren das Mittel der Wahl wäre. Und natürlich ist auch die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein wichtiger Punkt. Diese erste Abschätzung erfolgt in einem umfangreichen und detaillierten Beratungs- und Analysegespräch“, beschreibt Wolfarth die ersten Etappen der Zusammenarbeit mit potenziellen Kunden. Und er nennt einen weiteren Punkt, den es zu beachten gilt: den Schutz des geistigen Eigentums, welches durch eine 3D-Entwicklung entsteht. Hinter dem eigentlichen Produkt stecken Rechte mit Blick auf Design, Daten und Know-how, welche auch vertraglich entsprechend fixiert werden müssen.

Wissensvermittlung zum Additive Manufacturing

Für viele der Arnold-Kunden ist das Thema Additive Manufacturing noch relativ neu. Deshalb ist es für den Arnold-Experten auch wichtig, gleich zu Beginn über Grundsätzliches, Leitgedanken, Gesetzmäßigkeiten und physikalische Grenzen des Verfahrens zu informieren. Um dieses Wissen für alle Beteiligten möglichst anschaulich und effizient zu vermitteln, bietet das Forchtenberger Unternehmen Seminare dazu an, die auf Wunsch auch direkt beim Kunden in der Konstruktion durchgeführt werden können. Ideal seien in diesem Zusammenhang immer Praxisbeispiele, also konkrete Bauteile, die der Kunde additiv fertigen möchten, so Wolfarth. So können die Möglichkeiten beleuchtet, aber auch Fehler festgestellt werden.

Auf diesem Weg werden die Unternehmen für die Thematik sensibilisiert. Zudem wird die Qualität der Anfragen letztendlich auch besser, was eine gezieltere und effiziente gemeinsame Bearbeitung der Aufgabenstellung zur Folge hat.

Kosten für das Werkzeug sparen

Für die Kunden ist die Umsetzungsgeschwindigkeit bis zur Fertigstellung des Bauteiles ein wichtiger Aspekt bei der Entscheidung für additive Verfahren. Deshalb sind sie auch gerade für die Vorentwicklung und den Prototypenbau interessant. Entwicklungszyklen können auf diesem Weg drastisch beschleunigt werden. Weiterhin ist der Wegfall der Werkzeugkosten ein wichtiger Punkt. Dies trifft dann zu, wenn Bauteile in geringen Stückzahlen wirtschaftlich auf additivem Weg hergestellt werden können. Und auch mit Blick auf die Lagerhaltung sind viele Vorteile gegeben. Wenn Teile also nicht mehr körperlich vorhanden sein müssen und schnell additiv gefertigt werden können, trägt auch das zu Kosteneinsparungen bei.

Arnold Umformtechnik sieht im Additive Manufacturing viele Möglichkeiten, die das klassische Leistungsportfolio ergänzen werden und für den Kunden einen deutlichen Nutzwert bedeuten. Erste Gespräche mit langjährigen Kunden signalisieren Interesse. Das Unternehmen ist für den Markteintritt also auf jeden Fall gut aufgestellt.

Bildunterschriften:

Bild 1: Motivvorschlag: Bild aus dem Konstruktionsbereich
Bei neuen Teilen kann der 3D-Druck in die Entscheidungsfindung einbezogen werden - bestenfalls gleich zu Beginn der Prozesskette, also mit der Entwicklung, Konzeption und Konstruktion.

Bild 2: Motivvorschlag: Bild von der Anlage
Mit der derzeit genutzten Anlagentechnik wird das SLM-Verfahren (Selective Laser Melting) umgesetzt. Das Besondere bei Arnold ist, dass die Maschine quasi im Vakuum arbeitet. Das bedeutet, dass eine sehr hohe Reinheit gewährleistet ist.

Bild 3: Motivvorschlag: Bild von einem Bauteil
Das Additive Manufacturing wird bei Arnold Umformtechnik momentan überwiegend in den Bereichen Entwicklung und Prototypenherstellung eingesetzt. Dadurch können Entwicklungszyklen deutlich verkürzt werden.

Bild 4: Motivvorschlag: Bild von Uwe Wolfarth
„Wir hinterfragen regelmäßig die bei uns eingesetzten Fertigungsverfahren hinsichtlich ihrer Relevanz und Wirtschaftlichkeit. Wenn also ein neues Verfahren auf den Markt kommt, ist es wichtig zu wissen, was dies für die Arnold-Prozesse und -Produkte bedeutet“, sagt Uwe Wolfarth, Senior Director Research, Development and IP, der das Projekt 3D-Druck betreut.

Alle Bilder: Arnold Umformtechnik

Firmenkontakt:
Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG
Magdalini Wanke
Marketing & Communiations
Carl-Arnold-Str. 25
74670 Forchtenberg-Ernsbach
Tel.: +49 7947 821-2833
magdalini.wanke@arnold-fastening.com
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Textautor:
Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde, Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik in Erfurt