Nele Motmans März 29, 2021

CORPORATE

30 Jahre Materialise:
Automatisierung in der Produktion fördert Nachhaltigkeit

Als der 3D-Druck noch in den Kinderschuhen steckte, drückten die wenigen Mitarbeiter bei Materialise auf den Startknopf für die Bearbeitung einer CAD-Datei und nahmen dann ihre Tischtennisschläger in die Hand, um sich die Wartezeit bei einem gemütlichen Tischtennisturnier zu vertreiben. Eine CAD-Datei in eine STL-Datei zu konvertieren dauerte damals mehrere Stunden. Erst danach konnte das Team mit dem ersten von vielen quälend langsamen Arbeitsschritten beginnen, die notwendig waren.

30 Jahre und viele technologische Fortschritte später, gibt es spezialisierte Software und immense Rechenleistung in Computern: Wir sind in einer Zeit angekommen, in der äußerst komplexe Dateien schnell und effizient in einer Cloud berechnet und dann in wenigen Minuten mit viel weniger manueller Arbeit in eine druckfertige Datei übersetzt werden. Und nicht nur das: Die Dateien wurden so verbessert, dass der Aufbau und die Positionierung maximal effizient sind, wodurch nur die nötigsten Stützstrukturen erforderlich sind. Die Zukunft des 3D-Drucks manifestiert sich in automatisierten Prozessen, wir erleben eine wesentlich höhere Druckgenauigkeit und verbesserte Nachhaltigkeit in der Branche mit weniger Ausschuss.

Im letzten Jahr feierten wir bei Materialise unser 30-jähriges Bestehen. Mit einer Reihe von Blogbeiträgen warfen wir bereits einen Blick zurück auf die wichtigsten Innovationen in der Firmengeschichte. In diesem Beitrag reflektieren wir über einige unserer Werks- und Produktionspraktiken und wie sie mit unserer Vision einer besseren und gesünderen Welt zusammenhängen.

Some of the original Materialise ping pong crew in the early 1990s

Einige Mitglieder des ursprünglichen Tischtennis-Teams bei Materialise in den frühen 1990ern.

Alles begann mit einem Mann, einer Maschine und einem Material

1990 sah Fried Vancraen das außergewöhnliche Potenzial einer neuen Technologie, die er gerade in einer Forschungseinrichtung in Bremen gesehen hatte – den 3D-Druck. Fried erkannte die Bedeutung dieser Technologie, investierte mutig alle seine Ersparnisse in eine Maschine und gründete Materialise. Diese kostbare Maschine stand nun dort, wo die ursprünglichen Tischtennis-Turniere ausgetragen worden waren.

Der größte Unterschied zwischen heute und der Zeit vor 30 Jahren ist die unglaubliche Auswahl an Materialien, Software und Maschinen. Am Anfang gab es nur ein Material, das man mit der einen Maschine drucken konnte, und das war extrem spröde. Wenn ein gedrucktes Objekt fallen gelassen wurde, zerbrach es. Die wichtigste Anwendung war das Prototyping und der Einsatz als Demonstrationsobjekt.

Heute verfügen wir über eine Vielzahl von Materialien, die von vielen verschiedenen Kunststoffen bis hin zu Metallen reichen. Materialise hat jetzt über 180 professionelle Maschinen, die mehr als eine Million Teile pro Jahr ausgeben. Mit den zahlreichen Optionen an Technologie und Materialien können Teile hergestellt werden, die eine viel höhere Funktionalität aufweisen. Nach all den Fortschritten bis zur heutigen Zeit stehen heute so viele Arten von Fertigungsanwendungen zur Verfügung, die inzwischen durch 3D-Druck möglich geworden sind. Aber dafür benötigt man die richtige Software, um die Komplexität heutiger Baujobs zu bewältigen.

Entstehung der Software-Abteilung

Schon früh wurde klar, dass eine effiziente Nutzung der 3D-Drucktechnologie nur mit besserer Software zur Verarbeitung der Dateien möglich sein würde. Bart Van der Schueren, CTO von Materialise, und einer der ersten Mitarbeiter, erzählt: "Das größte Problem von Anfang an war das Fehlen anständiger Softwaretools, um die CAD-Daten auf etwas tatsächlich Druckbares zu bringen. Daran haben wir also gearbeitet. Wir waren überzeugt, dass die Branche als Ganzes vorankommt, wenn solche Hürden überwunden werden und die Technologie für alle zugänglicher wird. Und unser Einfluss wäre größer, als wenn wir nur ein reines Servicebüro bleiben würden."

So fingen sie an, die Magics Software zu programmieren, die für effizientere Baujobs für die gesamte Branche sorgen sollte, indem CAD-Dateien zum Drucken in STL-Dateien übersetzt werden. Sie half auch beim Reparieren von Dateien und Modifizieren von Konstruktionen, um Probleme schon vor dem Drucken zu beheben. Vor diesem Hintergrund gab Fried dem Unternehmen vor, nur maschinen- und technologieneutrale Software zu entwickeln. Es sollte auch in Zukunft Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen geben, anstatt Innovationen hinter einem Markennamen wegzuschließen.

quote

Wir waren überzeugt, dass die Branche als Ganzes vorankommt, wenn solche Hürden überwunden werden und die Technologie für alle zugänglicher wird. Und unser Einfluss wäre größer, als wenn wir nur ein reines Servicebüro bleiben würden.
- Bart Van der Schueren, CTO von Materialise

Sicheres Prototyping

Die Anfänge des 3D-Drucks liegen in der Welt des Prototyping. Kunden müssen Konstruktionen überprüfen und Form-, Pass- und Funktionstests auf kosteneffiziente Weise durchführen, bevor sie die Konstruktion in die herkömmliche Fertigung übernehmen können. Dies setzt sich heute mit unserem Rapid Prototyping Service fort, bei dem unsere Projektmanagementteams helfen, optimale Lösungen zu finden, und unsere Design-Ingenieureim K&E-Team unterstützen Sie dabei, frühe Konstruktionsdateien für den 3D-Druck vorzubereiten. Das K&E-Team kann auch Entwicklungsprobleme lösen, indem es mittels Redesign Produkte leistungsfähiger macht und Montageaufwand reduziert (über die sogenannte Funktionsintegration) oder zu Leichtbaukonstruktionen umwandelt.

Prototyping war schon immer ein Prozess hinter verschlossenen Türen, da Kunden hiermit an ihren neuesten Designs und Fortschritten arbeiteten. Als vertrauensvoller Partner der Kunden musste Materialise zu jeder Zeit systemimmanent sicherstellen, dass unsere Plattformen sicher sind. In dem Maße wie Designs und Dateien immer größer und komplexer wurden, mussten außerdem Lösungen für schnelle Verarbeitung und Speicherung der Daten implementiert werden.

Skalieren in der Cloud

Auch hier war eine Weiterentwicklung hin zu innovativen Lösungen im Unternehmen erforderlich, um dem Bedarf an Sicherheit und ausreichender Rechenleistung für die Verarbeitung der großen Datenmengen gerecht zu werden. Im Laufe der Zeit verbesserten sich die Computer und wir entwickelten unsere Software weiter, mit der Dateien schneller verarbeitet und Prozesse automatisiert werden können. Tischtennis beim Warten auf die Datenverarbeitung gehörte nun der Vergangenheit an.

Trotzdem wurden die Dateien immer komplexer, und um die Nachfrage zu befriedigen, haben wir uns auf Cloud-Computing konzentriert. Das bedeutete, dass wir uns nicht mehr nur auf einen Computer verlassen mussten, sondern auf die Leistung ganzer Server auf einmal zugreifen konnten. Als absolut notwendige Voraussetzung für die Skalierung wurde dies zu einem unumkehrbaren Trend in allen Branchen. Technologische Fortschritte wie verschlüsselte Kommunikations- und Verwaltungsprozesse stellten sicher, dass Kundendaten sicher bleiben.

Das Unmögliche möglich machen

Staf Wuyts, ein weiterer unserer langjährigen Mitarbeiter und der derzeitige CAD-Manager für Stereolithographie (SLA), erinnert sich: "Fried hatte die Vorstellung, eine Maschine zu bauen, die Bauteile von der Größe eines Menschen drucken kann." Die Leute waren zunächst überrascht, aber hielten es nicht für unmöglich. Schließlich entwickelte Materialise im Jahr 2000 tatsächlich eine SLA-Maschine, die genau das vermochte. Später konnten damit sogar Knochennachbauten in Originalgröße für ein Mammutskelett gedruckt werden!

Ab den frühen 2000er Jahren wurden immer häufiger große Bauteile mit diesen SLA-Maschinen gedruckt. Das Problem war, dass die Vorbereitung der Baujobs so arbeitsintensiv waren, dass man eine Person pro Maschine nur für die Konstruktion aller benötigten Supports benötigte. Diese Fertigung war einfach nicht skalierbar. Bart forderte daher die Softwareabteilung auf, ein Modul für Magics zu erstellen, das die optimale und am wenigsten materialintensive Supportstruktur für die Konstruktion automatisch generieren kann. Die Softwareabteilung entwickelte e-Stage. Die Software arbeitete perfekt, aber das Produktionsteam zögerte noch, sie auszuprobieren. Jede dieser riesigen Baujobs kostete Zehntausende von Euro. Ein Testlauf, der nur Ausschuss produzierte hätte eine riesigen Verlust bedeutet. Die Software wurde vorerst eingestellt.

Staf erklärt weiter: "Wenn ein Kunde mit etwas zu uns kommt, das wir für unmöglich halten, treffen wir eine Vereinbarung mit dem Kunden, um zu testen, ob es möglich ist." Mit diesem Leitprinzip wurden sie eines Tages von einem Künstler angesprochen, der eine sehr große und komplexe Skulptur drucken wollte, die aus Hunderten fliegenden Bienen in Form eines Menschen bestand. Bart traf die mutige Entscheidung, e-Stage endgültig zu testen, da sie sonst das Projekt aufgrund der Komplexität des Designs hätten abweisen müssen. Die Skulptur wurde gedruckt und das Finishing-Team war begeistert, dass es so viel einfacher war, die Strukturen zu entfernen, weil sie viel filigraner waren als bisher. Es hätte ein kostspieliger und verschwenderischer Test werden können, aber stattdessen hat es die Art und Weise verändert, wie die Produktion seitdem arbeitet. Die Automatisierung der Supporterzeugung sparte dem Finishing-Team viele Arbeitsstunden. Außerdem wurde nicht mehr eine Person pro Maschine für das Support-Design benötigt. Dieses Modul hilft unseren Softwarekunden weiterhin Kosten zu senken und die Produktivität zu verbessern, auch heute noch.

Materialise worker finishing mammoth tusks printed on the Mammoth SLA machine

Materialise-Mitarbeiter bei der Endbearbeitung eines Mammut-Stoßzahnmodells aus der „Mammoth“ Stereolithographie-Maschine.

Rückverfolgbar von Anfang bis Ende

Bei der Herstellung geht es um viel mehr als nur um Produktionsmengen – es geht auch um Qualität, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit. Im Laufe der Jahre konnten wir zertifizierte und rückverfolgbare Bauteile für die Medizintechnik und die Luft- und Raumfahrtbranche herstellen. In der Medizintechnik erstellen wir personalisierte Implantate für Patienten, um weitere Eingriffe zu reduzieren, für die Luft- und Raumfahrt bieten wir zertifizierte additive Fertigung (AM) für flugbereite Teile an.

In der additiven Fertigung ist Rückverfolgbarkeit unerlässlich. Sie ermöglicht die Überwachung, wann ein Teil hergestellt wurde, welches Material verwendet wurde, und dient der Digitalisierung des Bestands. Software wie Materialise Streamics unterstützt Unternehmen bei der Digitalisierung, indem der gesamte Workflow gesteuert wird – vom Hochladen des Bauteils über das 3D-Drucken bis hin zum Finishing. Jeder Schritt ist nachvollziehbar und digital zugänglich.

3D-printed lightweight bionic certified spacer panel for Airbus, interior view

Abstandshalter für Airbus in bionischer Leichtbauweise mit 15% Gewichtsreduktion im Vergleich zu vorher.

Nachhaltige Produktion wird Realität

Bei einem professionellen 3D-Drucker werden heute Erträge von 90-95 % als gut eingestuft, die restlichen 5-10 % gelten als Ausschuss. Software und Maschinen werden ständig weiterentwickelt, um diese Ausschussmenge weiter zu begrenzen. Kürzlich haben wir die Bluesint-Technologie in unsere Produktion eingeführt. Hierfür wird in BlueSint PA12 gedruckt, das aus 100 % wiederverwendetem Pulver besteht. Dies reduziert die Abfallmenge in der Produktion und hilft dabei, die additive Fertigung nachhaltiger zu machen.

Insbesondere im vergangenen Jahr während der Pandemie war zu beobachten, wie Produktionen immer häufiger lokal erfolgten, da die Lieferketten unterbrochen wurden. In einer Welt, in der Versorgungswege plötzlich stillgelegt werden können, ist es für Unternehmen sinnvoll, Produkte lokal beziehen zu können und AM ermöglicht dies. Nachhaltigkeit ist weniger ein Schlagwort als vielmehr eine Realität geworden, um als Unternehmen zu überleben.

Wir sehen, dass dieser Trend hin zu Digitalisierung und Automatisierung andauert. Von spezialisierterer Software über die Verwendung von KI-Algorithmen zur Suche nach der besten Ausrichtung des Baujobs bis hin zur besseren Nachbearbeitung werden wir uns weiterhin darauf konzentrieren, mehr Automatisierung in die Produktion zu integrieren. Darüber hinaus sehen wir die ständige Weiterentwicklung der Materialien, sodass der 3D-Druck von einer Rapid-Prototyping-Technologie zu einer Technologie für zuverlässige Serienbauteile wird. Die Minimierung des Produktionsabfalls, der geringere Materialeinsatz für leichtere, aber robustere Teile, die Vereinfachung der Lieferketten und die Optimierung des Warentransports sind weitere Trends, die wir auf unserem Weg zu einer nachhaltigeren Zukunft für alle fortsetzen.

Interessiert an additiver Fertigung?

Besuchen Sie unsere Webseite, um mehr über Materialise Magics zu erfahren, die Top-Software für die Daten- und Druckaufbauvorbereitung.

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