Experteninterview: Eckharts Additive Manufacturing Applikation, Ingenieur Robert Heath, über 3D-Druck, Automatisierung und Industrie 4.0

In Zeiten von Industrie 4.0 stehen Effizienzsteigerung und Produktinnovation für die Hersteller im Vordergrund. 3D-Druck ist eine Technologie, mit der beides möglich ist.
 
Ein Weg, wo der 3D-Druck helfen kann, ist bei der Herstellung ergonomischer Werkzeuge und Fertigungshilfsmittel, die den Montageprozess beschleunigen und eine sicherere Arbeitsumgebung für die Bediener in der Produktion schaffen können.
 
Eckhart ist ein US-amerikanisches Unternehmen, das sich auf die Entwicklung, Konstruktion und Herstellung von Anlagen für die Fabrikautomation spezialisiert hat. Als Vorreiter von Industrie 4.0 setzt das Unternehmen neben Robotik und anderen automatisierten Lösungen auch den 3D-Druck ein, um genau das zu erreichen.
 
Im Experteninterview diese Woche sprechen wir mit Robert Heath, AM Applikation Ingenieur bei Eckhart, über die Vorteile von 3D-gedruckten Werkzeugen, den Schulungsbedarf in Bezug auf AM sowie die Vorteile der Automatisierung.

Können Sie mir ein bisschen über Eckhart erzählen?

Eckhart ist ein auf industrielle Automatisierung spezialisierter Industrie 4.0-Marktführer. Wir schaffen unter anderem Hebehilfen, sichere Werkzeuge und autonom geführte Fahrzeuge.
 
Wir konzentrieren uns hauptsächlich auf kollaborative Roboter und den 3D-Druck. Wir unterstützen Unternehmen bei der Automatisierung sich wiederholender Aufgaben und ermöglichen es den Bedienern, ihre Arbeit am Fließband besser zu erledigen.
 
Wir haben eine breite Palette von Kunden, einschließlich Automobilunternehmen sowie einige Kunden in der Schwerindustrie und Landwirtschaftsunternehmen wie John Deere und Caterpillar.
 

Mit welchen Herausforderungen kommen Ihre Kunden zu Ihnen?

Dies kann branchenspezifisch sein. Bei vielen Herausforderungen liegt jedoch das Problem der Ergonomie oder der Verbesserung der Zykluszeit und der Qualität des Teils zugrunde.
 
Woran ich am meisten arbeite, ist die Entwicklung ergonomischer Lösungen für Handwerkzeuge. Genau darauf konzentrieren wir uns beim 3D-Druck in unserem Unternehmen.
 
Viele dieser Handwerkzeuge wurden aus Aluminium gefertigt und sind daher immer noch schwer und liegen gerade mal an der ergonomischen Grenze dessen, womit ein Bediener wiederholt heben oder greifen sollte.
 
Wir haben in solchen Situationen den 3D-Druck implementiert, mit dem wir das Werkzeug leichter und ein bisschen bedienerfreundlicher machen können. Wir können dabei auch die Geometrie drucken, um das Werkzeug ergonomischer zu gestalten, sodass der Bediener ein besseres Werkzeug als bisher erhält
 

Was war der Grund für die Einführung des 3D-Drucks und wie verlief die Übernahme der Technologie?

Wir haben die Drucker im Jahr 2017 gekauft. Vor dem Kauf der 3D-Drucker haben wir eine beträchtliche Anzahl von Aufträgen an andere Unternehmen ausgelagert, um Teile aus 3D-Druck für uns bereitzustellen.
 
Es war also sowohl eine Kostensenkungsübung als auch ein strategischer Geschäftsschritt, in den AM-Bereich einzusteigen und die additive Fertigung bei unseren Kunden stärker zu fördern. Durch den internen 3D-Druck haben wir eine bessere Kosten- und Qualitätskontrolle der Teile.
 
Außerdem produzieren wir als Unternehmen nichts, was Sie einfach in einem Katalog nachschlagen und kaufen können. Alles, was wir herstellen, ist völlig individuell. Es hat also Sinn gemacht, den 3D-Druck zu übernehmen, weil wir viele Einzelstücke herstellen.
 

Können Sie die Lösungen erläutern, die Eckhart für die Automatisierung entwickelt hat?

Nehmen wir als Beispiel die Automobilindustrie, denn wir arbeiten viel mit Automobilherstellern zusammen. Ihre Job Rate beträgt möglicherweise 60 Jobs pro Stunde, sodass die Arbeiter jede Minute ein neues Fahrzeug bekommen.
 
Mit dem 3D-Druck haben wir unter anderem ein Werkzeug zum Anziehen von Radmuttern entwickelt. Dieses Werkzeug wird vom Bediener verwendet, der es in einer Hand hält und alle Radmuttern in die Buchsen dieses Werkzeugs einführt. Der Bediener kann es dann auf den Reifen legen und alle diese Radmuttern werden auf einmal angezogen.
 
Obwohl es sich nicht um eine vollständige Roboterlösung handelt, haben wir den Prozess weiter automatisiert, da der Bediener nicht mehr immer nur eine Radmutter halten und mit den Fingern drehen muss, um sie mit der Hand auf alle Fahrzeuge aufzuziehen.
 
Bei einer 8-Stunden-Schicht machen die Bediener dies bis zu 60-mal pro Stunde wiederholt. Wenn Sie das mit fünf Tagen multiplizieren, müssen Sie viel mit den Fingern drehen. Mit diesem 3D-gedruckten Werkzeug konnten wir den Körper des Bedieners entlasten.
 
Wir betreiben auch die gesamte Palette der kollaborativen Roboter. Zum Beispiel hatten wir bei einem Unternehmen eine Anwendung, bei der es darum ging, die Zykluszeit beim Herausziehen eines Metallspritzgussteils aus der Form zu erhöhen.
 
Eine der Schwierigkeiten, die sie hatten, war, dass das Teil unglaublich heiß war, weil es aus Metall spritzgegossen war. Es waren also Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen. Wir konnten eine Roboterlösung entwickeln, mit der das Teil herausgezogen werden kann, ohne dass ein Bediener das Teil anfassen muss.
 
Da das Teil heiß ist, ist es auch noch ein bisschen biegsam, wenn es aus der Form kommt. Deshalb mussten wir einen speziellen Griff verwenden, um das Teil mit der richtigen Kraft zusammenzudrücken, die gerade ausreicht, um es zu halten, aber nicht ausreicht, um es zu verformen.
 
Mit Robotik und Automatisierung konnten wir diese Einstellungen an unsere Anforderungen anpassen. Ein Nebeneffekt dieser speziellen Roboterinstallation war, dass die Qualität des Teils dramatisch zunahm, weil das Werkzeug nicht so stark kühlte wie bei einem normalen Bediener.
 
Das Unternehmen konnte seine Zykluszeit verlängern, die Qualität ist gestiegen und jetzt hat es einen Mitarbeiter, der mehr Wertschöpfungsarbeit leisten kann, anstatt den ganzen Tag nur an einer Presse zu stehen und Teile aus einer Maschine zu ziehen. Das alles dank der Automatisierung.
 

Wie arbeiten Sie normalerweise mit ihren Kunden zusammen?

Wir drängen unter anderem auf einen Workshop, in dem sich ein Team von Vertretern von Eckhart mit dem Kunden trifft und wir dessen Einrichtung besuchen.
 
Wir möchten die Designer eines Kunden sowie die Fertigungsingenieure, Techniker oder Bediener kennenlernen – die Mitarbeiter in der Werkstatt, die dieses Werkzeug oder diese Lösungen verwenden werden. Dann setzen wir uns zusammen und erklären unseren Kunden, was Additiv ist.
 
Einige der Fragen, die wir uns stellen müssen, sind die Herausforderungen, vor denen die Betreiber stehen. Was will der Kunde erreichen?
 
Durch die Arbeit in diesen kleinen Teams können wir mit jedem Kunden eine Vielzahl von Möglichkeiten identifizieren. Danach arbeiten wir mit dem Kunden zusammen, um eine Strategie zur Umsetzung einer beliebigen Anzahl dieser Ideen zu entwickeln.
 

Können Sie Beispiele dafür nennen, wie Sie einem Kunden geholfen haben, seine Ziele mit dem 3D-Druck zu erreichen?

Wann immer wir ein Werkzeug für einen Kunden entwerfen und das Design genehmigen lassen, bauen und testen wir es intern mit seinem Produkt. Anschließend zeigen wir dem Kunden, wie es funktioniert und wie das Tool mit seinem Produkt interagiert.
 
Wenn wir auf das von uns hergestellte Radmuttern-Starter-Werkzeug zurückgreifen, betrachten wir das als großen Erfolg. Der Kunde war unglaublich begeistert davon, wie nützlich dieses Tool für den Einsatz sein würde.
 

Haben Sie im Gespräch mit Ihren Kunden über additive Fertigung festgestellt, dass sie sich mit der Technologie sehr gut auskennen? Oder müssen Sie auch viel Wissen vermitteln?

Wir haben einige Kunden, die sich sehr gut auskennen und bereits Erfahrung mit 3D-Druckern gesammelt haben, sowohl in ihrer derzeitigen als auch in einer früheren Rolle.
 
Dann gibt es viele andere, die viel mehr Bildung brauchen. Ich würde sagen, dass ich mich in den meisten Fällen mit dem 3D-Druck und seinen Möglichkeiten auseinandersetze.
 
Bis zu diesem Punkt, wo ich Aufklärung leiste, gibt es auf Kundenseite oftmals auch ein wenig Widerstand und Angst, da sich diese nicht sicher sind, ob es funktionieren wird. In der traditionellen Fertigung halten wir uns eher an das, von dem wir wissen dass es funktioniert.
 

Würden Sie also sagen, dass es bei AM immer noch eine Tendenz gibt, an traditionelle Fertigung zu denken anstatt an die Erfordernisse der additiven Fertigung?

Ja. Wenn ich einen Kunden dazu bringe, mit Additiven zu arbeiten, lautet der nächste Schritt: “Dies ist das, was wir hier herstellen und so können wir das Teil verbessern können.”
 
Wenn wir ein Teil nehmen, das mit traditionellen Herstellungsmethoden entworfen wurde, ist es fast immer billiger, dieses Teil mit traditionellen Methoden herzustellen.
 
Wenn wir jedoch dasselbe Teil so umgestalten, dass es mit der additiven Fertigung hergestellt wird, können wir uns überlegen, welcher Weg billiger ist, und es wird insgesamt besser für den AM-Prozess.

Was muss aus Ihrer Sicht noch getan werden, um die Einführung des 3D-Drucks zu beschleunigen?

Es muss mehr Aufklärung über die Materialien und ihre tatsächlichen Eigenschaften geben. Ich bekomme viele Fragen wie: “Können Sie mir ein Teil aus UHMW (Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht) drucken?”
 
Meine Antwort lautet immer: „Nein, ich kann UHMW nicht drucken. Aber ich kann etwas Ähnliches machen.“
 
Meine größte Herausforderung ist daher wahrscheinlich das Fehlen von Materialkenntnissen oder das Testen einiger Materialien.
 
Wir haben eine Partnerschaft mit Stratasys und arbeiten häufig mit ihnen zusammen. Sie wissen sehr gut, wie die Materialien funktionieren und wie sie über die Drucker verarbeitet werden, während wir die Teilefunktion gut kennen. Es ist also eine gute Partnerschaft für uns beide.
 

Wie sehen Sie die Entwicklung der additiven Fertigung in den nächsten Jahren?

Ich sehe eine breitere Palette von Materialien, die entwickelt werden. Wir sind viel besser in der Lage, die eigentliche Verarbeitung des Materials durch die Maschinen zu verfeinern, und wir werden mit den Materialien, die wir bereits haben, besser arbeiten können.
 
Die Industrie befasst sich auch mit diesen anderen Materialien, die möglicherweise nicht so einfach oder „AM-freundlich“ sind wie PLA, ein ziemlich verbreitetes Material.
 
Ich denke auch, dass wir in den nächsten Jahren eine Steigerung der Maschinenleistung und Maschinengeschwindigkeit sehen werden.
 

Wie geht es für Eckhart weiter?

Wir werden weiterhin versuchen, die Grenzen mit AM zu überschreiten. Wir denken über den Tellerrand hinaus darüber nach, was wir mit der Technologie sonst noch tun können, und wir versuchen ständig, diese in Anwendungen einzusetzen, von denen wir nie gedacht hätten, dass wir sie dort einsetzen würden.
 
Zum Beispiel haben wir kürzlich ein Werkzeug für eine Hebehilfe komplett in 3D gedruckt, das ein Aluminiumgussgehäuse für einen unserer Kunden aufnimmt, und dies eröffnet ein paar weitere Möglichkeiten für Hebehilfen.
 
Darüber freuen wir uns und freuen uns darauf, andere komplexe Herausforderungen mit der additiven Fertigung zu lösen.
 
Um mehr über Eckhart zu erfahren, besuchen Sie: https://www.eckhartusa.com/