Automatisierungslösungen für die Additive Fertigung

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Wirtschaftlicher 3D-Druck

Automatisierungslösungen für die Additive Fertigung
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Drucksensoren mit einer hochwertigen, langzeitstabilen keramischen Messzelle sind Voraussetzung um eine homogene Produktstruktur und zu erreichen
Archiv | 27.12.2018 | Was vor wenigen Jahren mit Prototyping und vielen manuellen Prozessen begann, hat sich zum additiven Manufacturing mit industriellen Ansprüchen entwickelt. Durch vollständig automatisierte, qualitätsgesicherte Abläufe lässt sich erstmals ein wirtschaftlicher 3-Druck realisieren, der sowohl die Auftragsfertigung für einzelne Kunden als auch eine individualisierte Massenproduktion erlaubt. Eine gewichtige Rolle spielen dabei Sensoren.

Kern des additiven Manufacturing-Prozesses ist ein digitaler Prozess. Laser, von Konstruktionsdaten gelenkt, schmelzen Metall, Kunststoff und andere Werkstoffpulver schichtweise zu 3-D-Bauteilen. Und auch hier kommen schon Sensoren zum Einsatz.
So lassen sich beispielsweise mit kapazitiven Sensoren zuverlässig die Füllstände von für den 3D-Druck so wichtigen Materialien wie Granulaten und Pulvern überwachen. Sie gelten als die Klassiker unter den Füllstandssensoren und haben den Ruf, unter den Grenzschaltern wahre Alleskönner zu sein. So kann man mit ihnen in direktem Medienkontakt, z.B. in einem Tank oder auch berührungslos durch nur wenige Millimeter dicke, nicht metallische Behälterwandungen etwa aus Kunststoff oder Glas, Füllstände erfassen.
 
Eine andere interessante Gruppe von Füllstandsmeldern sind Ultraschallsensoren. Sie eignen sich hervorragend für eine kontinuierliche, berührungslose Füllstandsmessung verschiedenster Materialien. Da diese die Entfernung zum Objekt über eine Schalllaufzeitmessung bestimmen, gemessen wird die Strecke bis zur Grenzschicht Luft /Flüssigkeit bzw. Luft/Festkörper, bieten sie eine millimetergenaue Auflösung und dies bei hervorragender Hintergrundausblendung.
 
Ventile steuern


Um Endlagen von Ventilen zu überwachen, sind induktive Sensoren die klassische Lösung, da sie metallische Objekte äußerst exakt erfassen. Weitere Vorteile: Induktivsensoren sind einfach wie eine Schraube zu montieren, in Betrieb zu nehmen und zu warten. Außerdem ermöglichen sie dank hoher Schaltfrequenzen Prozessabläufe mit großer Geschwindigkeit. Dabei ist ihr Funktionsprinzip so einfach wie genial: In einem elektromagnetischen Wechselfeld vor der aktiven Fläche werden, durch Metallteile im Wirkungsbereich, Wirbelströme induziert, woraufhin die Sensoren ihren Schaltzustand ändern.
 
Will man jedoch kontinuierlich den Öffnungsquerschnitt erfassen und präzise regeln, sind magnetkodierte Wegmesssysteme eine noch bessere Alternative. Ihr kontinuierliches Positionsfeedback sorgt durch eine präzise Materialzufuhr für einen effizienten Prozess und einen optimierten 3D-Druck.
 
Sie setzen sich aus einem Sensorkopf und einem magnetisch codierten Magnet-Maßköper zusammen, den es sowohl in linearer als auch rotativer Ausführung gibt. Der Sensorkopf gleitet in einem Abstand von bis zu 2 mm über den mit wechselnder Polarität magnetcodierten Maßköper. Da die Systeme magnetisch und berührungslos arbeiten, sind sie auch unempfindlich gegenüber Temperaturwechsel und Verschmutzung, z.B. durch Staub und Öl oder Verschleiß. 

 

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Mit magnetcodierten Wegmesssystemen lassen sich die Positionen auf den Bewegungsachsen verschleißfrei detektieren

Drücke regulieren

 

Wenn der 3D-Druck die Verwendung flüssiger oder gasförmiger Medien erfordert, müssen der Tank- und der Prozessdruck reguliert werden. Die zuverlässige Drucküberwachung übernehmen Drucksensoren. Erhältlich sind sie mit Schalt- oder Analogausgang und unterschiedlichen Messbereichen. Setzt man robuste Geräte mit einer hochwertigen, langzeitstabilen Messzelle ein, lassen sich beim Druck äußert homogene Strukturen und eine hohe Produktionsqualität erreichen.
 
Endlagen erfassen


Sensoren kommen auch zum Einsatz, wenn es darum geht, die Achsbewegungen zu überwachen. Ideal zur Endlagenüberwachung sind die bereits erwähnten robusten induktiven Sensoren, während für die kontinuierliche Positionserfassung an den x-, y-, y und z-Achsen hochpräzise magnetkodierte Wegmesssysteme, wie sie auch für das Ventilfeedback eingesetzt werden, die ideale Wahl sind. Dank ihrer geringen Abmessungen und ihres günstigen Preis-Leistungs-Verhältnisses sind sie dann auch gegenüber linearen Glasmaßstäben bei der additiven Fertigung im Vorteil.
 
Heartbeat-Netzteile


Ein präziser 3D-Drucker fordert auch eine zuverlässige Stromversorgung ohne Stromspitzen. Heartbeat-Netzteile mit Condition Monitoring Funktion sind hierfür die richtigen Kraftpakete. Sie teilen dem Anwender bei Bedarf auch mit, dass eine Überlast besteht, dass sich die Umgebungsbedingungen verschlechtert haben oder warnen vor einem Ausfall. Ungeplante Stillstandzeiten können so vermieden werden, da sich ein Austausch in einer geplanten Wartung durchführen lässt.
 
IO-Link stiftet Mehrnutzen


Besondere Vorteile resultieren für Maschinenbauer und Anwender durch die Anbindung der Sensoren über den feldbusneutralen Kommunikationsstandard IO-Link. Der digitale I/O-Standard verknüpft Sensoren und Aktoren ganz einfach per Dreidrahtkabel und Steckverbinder über einen IO-Link-Master direkt mit der Anlagensteuerung. Umständliches Verdrahten ist passé, das spart Zeit, Material und Geld. Gleichzeitig eröffnet der Kommunikationsstandard den direkten Blick auf den Ort des Geschehens. So liefern IO-Link-Sensoren der neuesten Generation neben den eigentlichen Primärdaten auch noch eine Fülle Servicedaten als Sekundärdaten zum eigenen Zustand oder dem ihrer Umgebung. Mit diesen Zusatzdaten lassen sich z.B. intelligente Wartungskonzepte realisieren. Außerdem bieten sie eine hohe Flexibilität, denn manche von ihnen sind richtige Multitalente, deren  Sensorprinzip können sogar im laufenden Betrieb geändert werden, um ein optimales Ergebnis zu erreichen. Alle diese Features werden in der Smart Factory mit ihren flexiblen Produktionslinien gebraucht.


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