»Entscheidend für die Entwicklung und das Erwachsenwerden jeder Branche«

Interview: Thomas Masuch — 21.01.2019

Standardisierung erscheint auf den ersten Blick als ein recht trockenes Thema, ist aber derzeit in aller Munde. Auf der Formnext 2018 fand zum Beispiel erstmals das zusammen mit dem US Commercial Service veranstaltete transatlantische »AM Standards Forum« statt. Hier diskutierten Experten aus Europa und den USA die internationalen Entwicklungen von Produktionsnormen. Wir haben mit einigen von ihnen über die Entwicklung in diesem Feld gesprochen.

Warum ist das Thema Standards und Normen derzeit so wichtig für die Welt des Additive Manufacturing (AM)?

DR. MARKUS HEERING: Standards gewinnen durch den erfolgreichen Übergang vom Rapid Prototyping in die industrielle Serienfertigung stark an Bedeutung. Schon allein aufgrund der Produkthaftung müssen Hersteller die Qualität additiv gefertigter Serienbauteile nachweisen und beim Aufsetzen ihrer Fertigungsprozesse Sorge für reproduzierbare Qualität tragen. Standardisierte Prozesse und genormte Abläufe in der Qualitätssicherung sind das Mittel der Wahl, um den Qualitätsnachweis nicht für jedes Bauteil aufs Neue antreten zu müssen. In Anwenderbranchen wie der Luftfahrt und der Medizintechnik sind Zertifizierungen für Hersteller und Zulieferer zwingend. Oft liegt solchen Zertifizierung das Einhalten von Normen und Standards zugrunde.

PAT A. PICARIELLO: Damit die additiven Technologien von verschiedenen Branchen vollumfänglich genutzt werden können, brauchen wir Vertrauen darin, dass die mit AM hergestellten Bauteile ähnlich funktionieren wie Bauteile, die mit traditionelleren, subtraktiven Technologien hergestellt wurden.

TERRY WOHLERS: In der 30-jährigen Geschichte der AM-Branche haben die meiste Zeit internationale Standards gefehlt. Sie sind entscheidend für die Entwicklung und das Erwachsenwerden jeder Branche. Stellen Sie sich vor, Sie hätten keine Standards für Strom, Beleuchtung, Computer, Kraftstoffe, Autos, Flugzeuge und Verkehrssteuerung. Das Leben wäre viel weniger effizient und in einigen Fällen chaotisch und unsicher. Für fast alles wären die Herstellung und der Verkauf teurer und das Leben wäre ganz anders.

Es gibt seit Jahren vielfältige Bemühungen, zuletzt auch das »AM Standards Forum« auf der Formnext. Wie weit sind wir in der AM-Branche?

PICARIELLO: In jedem neuen Technologiebereich kann die Lücke zwischen Forschung und Industrie (Theorie und Praxis) groß werden. AM ist sicherlich keine Ausnahme, und die Notwendigkeit, diese Lücke zu schließen, ist einer der Gründe, warum das Committee F42 bereits 2009 gegründet wurde. Standards und die damit verbundene Konstanz sind entscheidend für die Marktakzeptanz. Woher wissen wir, dass sich ein bestimmtes Material, ein bestimmter Prozess, ein bestimmtes System oder eine bestimmte Dienstleistung wie vorgesehen verhält? Die Entwicklung von Normen ist ein guter Indikator dafür, dass die AM-Industrie noch nie so weit war wie heute.

WOHLERS: Die AM-Industrie hat in den letzten Jahren mit Normen gute Fortschritte gemacht. Jeder Standard erfordert viel harte Arbeit, die oftmals von viel beschäftigten Experten ehrenamtlich geleistet wird. Dies kann es herausfordernd, ja sogar schwierig machen, neue Standards zu schaffen, und das ist auch der Grund, weshalb die Entwicklung oft Jahre dauert. Dennoch sind Standards für das Wachstum und die Reife der meisten Branchen von entscheidender Bedeutung. Seit 2009 wurde viel erreicht, aber es liegt ein Berg an Arbeit vor uns.

Standardisierungsprozesse sind in allen Branchen langwierig.

HEERING: Standardisierungsprozesse sind in allen Branchen langwierig, auch weil sich die Interessen der beteiligten Akteure oft unterscheiden. Eine junge, innovative Technologie wie AM wird von unterschiedlichen Akteuren unabhängig voneinander vorangetrieben. Die Frage, wie weit wir als Branche mit der Standardisierung sind, ist konkret kaum zu beantworten. Bei AM handelt es sich um ein großes, heterogenes Technologiefeld, das ständig neue Verfahren und Prozesse hervorbringt. Während manche Hersteller bereits additiv gefertigte Flugzeugteile und medizinische Implantate ausliefern, die strengen Regularien unterliegen, erarbeitet die AM-Branche als Ganzes gerade Grundlagen für die Standardisierung.

Gerade im Metallbereich erfordert AM in der Regel Nachbearbeitung mit anderen Technologien. Welche Herausforderungen entstehen daraus für die Normung?

WOHLERS: Standardverfahren für die Entfernung, Handhabung, Lagerung und Wiederverwertung von Pulver sind wichtig. Ebenso ist es wichtig, andere Nachbearbeitungsschritte wie thermischen Spannungsabbau, isostatische Heißbearbeitung, Oberflächenbehandlung und Inspektion zu standardisieren. Damit Prozesse wiederholbar bleiben, ist es wichtig, dass sehr spezifische und einheitliche Set-ups eingehalten werden. Die Entwicklung und die Befolgung dieser Schritte können sehr viel Zeit und Aufwand in Anspruch nehmen, aber Unternehmen haben keine Wahl, wenn sie AM in der Produktion einsetzen wollen.

HEERING: Eine der großen Herausforderungen sind die Schnittstellen – und zwar sowohl die Datenschnittstellen als auch die rein physische Übergabe der Bauteile von einer Station zur nächsten. Wenn ein Bauraum optimal befüllt ist, entstehen darin teils Dutzende verschieden großer Bauteile und unübersichtliche Stützstrukturen. Beim Entpacken, das in Zukunft aus Kostengründen automatisiert erfolgen soll, muss der Roboter wissen, in welcher Reihenfolge er die Bauteile aus dem Bauraum entnimmt, an welcher Stelle er sie dabei mit welcher Kraft greifen darf und an welche Nachbearbeitungsstation er sie übergibt. Bei AM-Bauteilen ist das schwierig, weil es sich ja häufig um Unikate oder individualisierte Exemplare aus Kleinserien handelt. Es bedarf also eindeutiger Identifizierung, und die Teile müssen sich letztlich selbst den für sie vorgesehenen Weg durch die Nachbearbeitungskette suchen – da sind wir mitten in der Industrie 4.0. Auch Inline-Qualitätssicherung ist ein großes Thema. Unsere Roadmaps verdeutlichen, dass in der Nachbearbeitung noch jede Menge Herausforderungen warten.

»Es gilt die 80/20-Regel.«

Diverse AM-Standards wurden bereits veröffentlicht (z. B. von ASTM); – die meisten beziehen sich auf eine Fertigungstechnologie (z. B. Powder Bed) in Kombination mit einem bestimmten Werkstoff. Gerade wenn man die weiter steigende Zahl von AM-Technologien und verfügbaren Werkstoffen betrachtet, stellt sich die Frage, ob diese immer zahlreicheren Kombinationen darstellbar sind. Oder brauchen wir hier langfristig ein anderes Vorgehen?

WOHLERS: Ich glaube, es gilt die 80/20-Regel. In etwa 80 Prozent der Fälle werden die Anwender 20 Prozent der derzeit verfügbaren AM-Prozesse und -Materialien nutzen. Mit anderen Worten: Nicht alle AM-Prozesse und -Materialien werden für Produktionsanwendungen eingesetzt. Deshalb benötigen nicht alle Prozesse die gleichen Standards.

HEERING: Das ist in der Tat die Frage. Aus unserer Arbeitsgemeinschaft im VDMA ist unter anderem ein Gremium hervorgegangen, das sich mit der Anwendung von additiv gefertigten Komponenten im Geltungsbereich der europäischen Druckgeräterichtlinie (DGRL) befasst. Hersteller von chemischen Apparaten und Armaturen, Großanlagenbauer sowie Betreiber aus der Chemieindustrie arbeiten mit Vertretern des DIN-Normenausschusses Maschinenbau im VDMA und Experten diverser Überwachungsstellen zusammen. Auch Hersteller von Formteilen, Werkstoffspezialisten und Vertreter aus Forschung und Hochschulen sind daran beteiligt. Gemeinsam haben sie einen international abgestimmten Entwurf für eine DIN-Norm entwickelt, die in internationale Normverfahren einfließen soll. Das Beispiel zeigt, wie es gehen kann: Betroffene Anwender kennen die Regularien in ihrer Branche am allerbesten – und haben das stärkste Interesse an einer schnellen Normung. Unserer Arbeitsgemeinschaft bringt Anwender aus unterschiedlichen Branchen mit AM-Spezialisten zusammen. Der erste Schritt jedes Standardisierungsverfahren ist der Austausch der Akteure.

PICARIELLO: Ausschüsse, die unter dem Dach von ASTM arbeiten, entwickeln sehr fokussierte Standards mit der Intention, Schritt für Schritt zum Ziel zu kommen. Das spiegelt sich sicherlich im aktuellen F42-Portfolio wider. Es besteht auch ein Bedarf an Normen, die sich auf die Verwendung einer einzigen AM-Technologie mit einem einzigen Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Teils konzentrieren. Wie sich das entwickelt, bleibt abzuwarten, aber mein Gefühl ist, dass es irgendwann genügend Aktivitäten im Bereich der Mikrostandards geben wird, um eine breitere Grundlage für die Entwicklung weiterer Makrodokumente zu schaffen.

 

 

Mittlerweile entwickeln einzelne Branchen und Unternehmen ihre eigenen Zertifizierungen und Standards. Wie sinnvoll ist das? Besteht hier nicht die Gefahr eines Wildwuchses, und wie könnte man dem ggf. begegnen?

PICARIELLO: Wir arbeiten in einer sehr differenzierten und offenen Welt. Diese Flexibilität hat sowohl positive als auch negative Auswirkungen. Eine Vielzahl von Möglichkeiten ist sicherlich ein Vorteil, solange die in der AM-Welt tätigen Unternehmen miteinander im Austausch sind. Wenn Unternehmen jedoch im Vakuum operieren und das, was bereits existiert oder sich in der Entwicklung befindet, nicht berücksichtigen oder es ignorieren, laufen wir Gefahr, dass es zu doppelten oder, schlimmer noch, widersprüchlichen Aktivitäten kommt. In den 120 Jahren des Bestehens glauben wir bei ASTM fest daran, durch Kommunikation eine Ressourcenverschwendung verhindern zu können. Die Bandbreite in der AM-Welt ist ein kostbares Gut. Wir sollten jeden Versuch unternehmen, um sicherzustellen, dass dieses Gut nicht verschwendet wird.

WOHLERS: Unternehmen werden spezifische Standards, Richtlinien und Verfahren entwickeln. Dieselben Unternehmen werden aber auch Industrienormen wie die von ASTM, ISO und anderen übernehmen, indem sie diese mit ihren eigenen Standards und Normen kombinieren. Die Bereitstellung von Industriestandards für alle Unternehmen trägt dazu bei, Branchen, wie z.B. die additive Fertigung, weiterzuentwickeln.

HEERING: Standards oder gar Zertifizierungen, deren Entstehung und Anforderungen nicht wirklich transparent und nachvollziehbar sind, nützen niemandem. Sie tragen eher noch zur Verunsicherung von Anwendern bei. Wir haben im VDMA vor gut fünf Jahren die Initiative ergriffen und mit der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing eine Plattform geschaffen, auf der Akteure aus allen Bereichen der AM-Wertschöpfungskette zusammenkommen, ihre Erfahrungen austauschen und diskutieren. Dieser Austausch ist die beste Voraussetzung dafür, dass wir es gar nicht erst zum Wildwuchs kommen lassen.

Roadmap der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA

Mit der AG AM im VDMA wurde eine Plattform geschaffen, auf der mittlerweile knapp 150 Mitgliedsunternehmen ihr Know-how aus allen Bereichen der Prozesskette einbringen – und ihre Perspektiven hinsichtlich der Technologie austauschen. Gemeinsam haben sie zwei Roadmaps zu Pulverbettverfahren für Kunststoffe und Metalle entwickelt. Bewusst wurde dabei eine Schritt-für-Schritt-Analyse der Prozessketten an den Anfang gestellt. Für jeden Schritt von der ersten Vorüberlegung bis zum Verpacken des fertigen AM-Bauteils zeigen diese Roadmaps den Entwicklungs- und Standardisierungsbedarf auf.

 

 

Committee F42

Der ASTM-F42-Ausschuss für Additive Manufacturing Technologies wurde 2009 gegründet. F42 tagt zweimal im Jahr. Der Ausschuss, der derzeit etwa 400 Mitglieder zählt, hat sechs technische Unterausschüsse. Alle von F42 entwickelten Normen sind im Annual Book of ASTM Standards veröffentlicht.