KMU-innovativ Entwicklung eines Intelligenten 3D Druckers (SMARTPRINT)

Problemstellung
3D-Druckverfahren haben sich mittlerweile vor allem in industriellen Anwendungen etabliert. Mit ihnen lassen sich beispielsweise komplexe Kunststoffbauteile ohne Formen oder ohne aufwendige Produktionsanlagen auf vergleichsweise günstige Weise herstellen. Dies macht das Verfahren besonders für innovative KMU interessant. Zurzeit sind die 3D-Drucker im klein- bis mittelpreisigen Segment jedoch technisch nicht vollständig ausgereift, sodass eine kosteneffektive Nutzung nicht immer gewährleistet ist und die Geräte häufig fehleranfällig sind. Aufwendige, mehrstündige Druckprozesse müssen daher ständig manuell überwacht werden.

Ziel
Ziel des KMU-innovativ-Projektes SMARTPRINT ist die Entwicklung und Erprobung eines 3D-Druckers im Bereich „Fused Deposition Modeling“ (FDM oder auch Schmelzschichtung). Bei der Schmelzschichtung werden dreidimensionale Gegenstände hergestellt, indem ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut wird. Kernelement des intelligenten 3D-Druckers ist die Entwicklung einer umfassenden Sensorik und einer dazugehörigen Software, die auf Algorithmen des maschinellen Lernens (ML) basiert. Damit kann das Drucken von 3D- Objekten so einfach und kosteneffektiv wie das Ausdrucken von Dokumenten werden.

Vorgehensweise
Dafür müssen viele der zurzeit komplexen Konfigurationsanforderungen und manuellen Interaktionen automatisiert werden indem zum Teil neuartige Sensoren integriert und eine intelligente Sensor-Mechanik-Feedback-Schleife entwickelt wird. So ist es möglich, dass der smarte 3D-Drucker in der Lage ist, seinen eigenen Zustand sowie den Fortschritt und die Güte des zu fertigenden Objektes zu erfassen. Weiterhin kann er selbständig auf Abweichungen und fehlerhafte Konfigurationen reagieren. Dazu werden Algorithmen des maschinellen Lernens erarbeitet, welche alle verfügbaren Sensordaten verarbeiten und gegebenenfalls die Maschinenbefehle anpassen. Schlussendlich wird ein prototypischer 3D-Drucker mit einer dazugehörigen Sensorplattform und Druckersoftware, welche das 3D-Modell an den Drucker überträgt, entstehen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die erfolgreiche Umsetzung des Projekts ermöglicht eine neue Generation intelligenter 3D-Druck-Plattformen. Leistungsfähige und aufwendige 3D-Drucktechniken werden damit für den halbprofessionellen sowie den klein- und mittelständischen Sektor, beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau, zugänglich gemacht. Es soll zudem geprüft werden, inwieweit sich das entwickelte Verfahren auch auf weitere additive Fertigungsmethoden, neben dem Schmelzschicht-3D-Druck, anwenden lässt. Langfristig ist eine Anwendung der hierbei entwickelten Technologie auf andere Fertigungsverfahren, wie z. B. das Zerspanen, denkbar.

• Feintechnik R. Rittmeyer GmbH
• tapdo technologies GmbH
• Universität Münster
• URBANMAKER UG (haftungsbeschränkt)