Rückseite der Motorabdeckung mit der additiv hergestellten Dichtung. (Bildquelle: SAR Group)

Rückseite der Motorabdeckung mit der additiv hergestellten Dichtung. (Bildquelle: SAR Group)

Die additive Fertigung ist zwischenzeitlich ein fester Bestandteil in der Kunststofffertigung geworden. Langsam ist sie den Kinderschuhen entwachsen und die Zeit, in der sie nur für Muster und Kleinserien eingesetzt wurde, neigt sich dem Ende. Die SAR Group, Dingolfing, und Yizumi Germany, Aachen, zeigen, wie diese Technik in die Serienproduktion eingebunden werden kann. Auf einer UN 500 DP Reactpro Spritzgießmaschine von Yizumi wird die tragende Komponente einer Motorabdeckung gespritzt. Ein Handling, das mit einem additiv gefertigten Greifer bestückt ist, entnimmt das Bauteil der zentralen Kavität und legt es abwechselnd in die linke oder rechte Schäumform ein. Dort wird die Oberfläche mit einer PUR-Komponente unterschäumt. Da der Schäumvorgang die doppelte Prozesszeit wie der Spritzvorgang benötigt, hat das Werkzeug zwei Kavitäten für den Schäumprozess. Das Umsetzen des Spritzlings hat den Vorteil, dass die Werkzeugkosten im Vergleich zu einem Drehtellerwerkzeug geringer sind und eine kleinere Spritzgießmaschine eingesetzt werden kann. Das Gewicht dieser Motorabdeckung ist durch den Einsatz der Schäumkomponente rund 30 Prozent geringer als das eines reinen Spritzgussbauteils.

Die filigrane, additiv gefertigte Variante des Greifers wiegt lediglich ein Fünftel des bisherigen Standardgreifers aus Aluminium (rechts). (Bildquelle: SAR Group)

Die filigrane, additiv gefertigte Variante des Greifers wiegt lediglich ein Fünftel des bisherigen Standardgreifers aus Aluminium (rechts). (Bildquelle: SAR Group)

Der additiv gefertige, dreidimensionale Greifer konnte kleiner und leichter ausgeführt werden, als Standardgreifer aus Metall. Die weiteren Teile des Greifers, wie der Roboterflansch, wurden als hochfeste, glasfaserverstärkte Kunststoffkomponenten gefertigt und können als Leichtbaubauteile bezeichnet werden. Somit ist die gesamte Entnahmeeinheit sehr leicht und der Einsatz eines kleinen Handlingsroboters ist ausreichend. Außerdem baut das Entnahmewerkzeug recht klein, sodass der Öffnungsweg des Werkzeugs gering ist. Da die Anlage kompakt aufgebaut ist benötigt die komplette Einheit weniger umbauten Raum sowie Stellfläche und ist alles in Allem kostengünstiger.

Der digitale Mehrwert zum Schluss

Sobald die Schaumkomponente ausreagiert hat, entnimmt das Handhabungswerkzeug das Bauteil und legt es zur Weiterbearbeitung in eine Vorrichtung. Ist es platziert, so beginnt der robotergeführte 3D-Drucker Space A von Yizumi auf der Bauteilrückseite eine Dichtraupe zu drucken. Durch den verketteten Prozess ist es nicht notwendig ein 3K-Bauteil zu fertigen, sodass auch hier Werkzeugkosten gespart werden können und sich die Zykluszeit verkürzt. Die Druckzeit entspricht der Spritzzeit des thermoplastischen Grundkörpers, sodass in rund 45 s ein Bauteil fertiggestellt ist. Durch die direkt auf das Kunststoffteil gedruckte Dichtung kann bei der Montage des Bauteils auf eine separate Dichtung und somit auf einen Montageschritt verzichtet werden. Der 3D-Drucker kann auftragsbezogen direkt vom CAD angestoßen werden und erweitert somit die digitale Fertigungskette für Kleinserien oder kundenspezifische Einzelaufträge.

Hochglänzende Oberflächen mit Funktionen digital produziert

Layout einer Fertigungszelle für das Herstellen von funktionsintegrierten Automobilinnenraumteilen. (Bildquelle: SAR Group)

Layout einer Fertigungszelle für das Herstellen von funktionsintegrierten Automobilinnenraumteilen. (Bildquelle: SAR Group)

Die zweite Automation von SAR ist am Stand von Sumitomo Demag, Schwaig, zu sehen. Hier sind ebenfalls mehrere Prozesse verkettet. Gefertigt wird ein im Werkzeug dekoriertes Bauteil (IMD), das seine Funktionen durch eine eingelegte Folie (IML) erhält. Die Anwendung läuft auf einer vollelektrischen Intelect 500 t Spritzgießmaschine von Sumitomo, SAR hat den Prozessablauf automatisiert. Die Dekorfolie läuft von der Rolle ins Werkzeug. Nachdem der Werker die Funktionsfolie mit der gedruckten Elektronik in eine Schublade eingelegt hat, nimmt der Roboter den Zuschnitt auf. Ist das Werkzeug offen, so entnimmt er mit seiner Hand das fertige Bauteil und legt den Folienzuschnitt in die bewegliche Werkzeughälfte ein.

Die Hand des Roboters ist für verschiedene Handhabungsaufgaben ausgelegt. (Bildquelle: SAR Group)

Die Hand des Roboters ist für verschiedene Handhabungsaufgaben ausgelegt. (Bildquelle: SAR Group)

Den Spritzling legt er auf ein vom Automatisierer konzipiertes Förderband mit integrierter Hebestation ab. Das Bauteil wird in eine Station angehoben, in der sich eine UV-Lampe befindet, die dafür sorgt, dass die Schutzlackschicht der hinterspritzten Dekorfolie aushärtet. Anschließend erfolgt die Übergabe in eine zweite Station, in der die losen Flakes abgebürstet werden. Die dafür eingesetzten Bürsten können schnell auf die Geometrie des Bauteils angepasst oder als Einheit ausgetauscht werden, sodass nahezu keine Rüstzeiten beim Produktwechsel entstehen. Die kompakte Bauweise der Module benötigt nur eine kleine Stellfläche und ermöglicht dem Verarbeiter platzsparende Konzepte. Alle Prozessparameter werden über den gesamten Produktionsprozess gesammelt. Durch das sichere Laserkonzept SAR Varmark erhält das Bauteil einen Datamatrixcode und wird im MES über Tracking & Tracing verknüpft.

Durch und durch digital

Der Digitale Zwilling ermöglicht einen 1-zu-1-Vergleich von digitaler und realer Welt. (Bildquelle: SAR Group)

Der Digitale Zwilling ermöglicht einen 1-zu-1-Vergleich von digitaler und realer Welt. (Bildquelle: SAR Group)

Die dritte Kooperation zeigt SAR mit dem baden-württembergischen Netzwerk Innonet Kunststoff, Horb am Neckar. Hier demonstriert das Unternehmen, was die digitale Welt alles zu bieten hat. In einen Reifen für ein Elektrofahrzeug werden zum einen Sensoren eingeklebt und zum anderen wird dieser im Inneren mit Klebstoff benetzt, um schallschluckenden Schaumstoff einzukleben. Sowohl das Aufbringen des Sensors als auch die Applikation des Klebstoffs wurde digital entwickelt und vollständig programmiert. Ziel dieses digitalen Vorgehens ist, die Inbetriebnahmezeiten von Prozessen zu verkürzen und schon im Vorfeld Taktzeiten, Störgrößen und andere Parameter zu ermitteln. Dieser sogenannte Digitale Zwilling wird an einem Monitor parallel zum Ablauf des Prozesses zu sehen sein. So ist ein 1-zu-1-Vergleich von digitaler und realer Welt möglich.

Der Digitale Zwilling repräsentiert ein materielles oder immaterielles Objekt aus der realen Welt. Es ist jedoch unerheblich, ob das Objekt bereits physisch existiert oder nicht. SAR nutzt die Technologie für die Produktionstechnik und bildet damit bereits während der Planung Prozesse ab, optimiert diese und kann Abläufe vorherbestimmen.

TIA Portal reduziert bereits in der digitalen Welt den Programmieraufwand

Das TIA-Portal vereinfacht das Programmieren von Robotern. (Bildquelle: SAR Group)

Das TIA-Portal vereinfacht das Programmieren von Robotern. (Bildquelle: SAR Group)

Der für die Handhabungsschritte dieser Anwendung eingesetzte Kuka-Roboter wurde nicht in seiner eigenen Robotersprache programmiert, sondern über ein Siemens TIA Portal. TIA steht für Totally Integrated Automation. In diesem Portal greifen CAD, Process Simulate, Engineering und transparenter Anlagenbetrieb ineinander. Da es am Markt zu wenige Roboterprogrammierer gibt, greift der Automationshersteller auf das TIA Portal zurück. SPS-Programmierer sind damit in der Lage, die unterschiedlichsten Roboter wie Kuka, Stäubli, Yaskawa, mit den gleichen TIA-Programmen ohne tiefe Roboterkenntnisse programmieren zu können. Sie können dadurch sowohl die Steuerung als auch den Roboter selbst für seine Aufgaben achsspezifisch vorbereiten und in Betrieb nehmen. In Zeiten des Fachkräftemangels erspart der Anlagenbauer den Betreibern der Automationsanlagen somit das Vorhalten von zwei Kompetenzen – einen Roboterexperten und einen SPS-Programmierer.

Durchblick dank Datenbrille

Als weitere digitale Lösung wird eine AR-Brille gezeigt. Die Augmented Reality (AR) ermöglicht eine Fernwartung der Anlage durch direkten Blick des Mitarbeiters vor Ort. Diese Technologie macht es möglich, den Werker vor Ort bei Störungen und Serviceeinsätze von einem Experten, der in der Zentrale des Anlagenherstellers sitzt, zu unterstützen. Weiterhin nutzt SAR die Technologie im eigenen Haus, um neue Mitarbeiter anzulernen und bei Serviceeinsätzen, bei denen die Kosten für mehrere Servicekräfte vor Ort zu hoch wären. Müssen diffuse Fehlerbilder im Feld geklärt werden, so können in der Zentrale in Dingolfing mehrere Technologiespezialisten an der Lösung mitarbeiten. Verkettete Prozesse in der Kunststofffertigung und Digitalisierung sind in Zeiten des Fachkräftemangels gefragte Instrumente, um die Fertigungsprozesse stabil am Laufen zu halten.

 

 

Halle/Stand 13/D80, 15/D22, 12/E19

Über den Autor

Jürgen Schwarz

ist Leiter Business Development der SAR Group in Dingolfing.