Abgestimmte Automatisierungslösung Integrierte Automation beflügelt additive Fertigung

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In wenigen Monaten zur erfolgreichen Gesamtmaschinen-Automation: Die SBI GmbH ist Spezialist für das Plasmaschweissen und realisiert auf dieser Basis auch Anlagen für die additive Fertigung von Metallteilen. Für die Maschinenautomatisierung nutzt SBI den modularen Systembaukasten von Sigmatek. Damit gelang den Niederösterreichern die Entwicklung einer neuen Maschinengeneration bis zur Serienreife in nur vier Monaten.

Die Welt der industriellen Fertigung befindet sich in einem Umbruch und das nicht nur auf dem Gebiet der Digitalisierung. Einen wesentlichen Beitrag zur Transformation von Produktionsprozessen leistet die additive Fertigung. Sie ermöglicht die material- und ressourceneffiziente Fertigung von Teilen mit komplexer Geometrie in Losgrössen ab eins direkt vom 3D-Modell weg. Wurde die Technologie ursprünglich in erster Linie für das Rapid Prototyping genutzt, dienen verschiedene Verfahren zur additiven Fertigung von Metallteilen heute der Herstellung von Strukturbauteilen ohne die hohen Aufwände für den Werkzeugbau, etwa um für langlebige Investitionsgüter nicht mehr im Original erhältliche Ersatzteile nachzuproduzieren.

Lösungen für moderne Fertigungsprozesse

Die 1999 gegründete SBI GmbH mit Sitz in Niederösterreich ist auf die Entwicklung und Herstellung von Geräten und automatisierten Anlagen für das Plasmaschweissen spezialisiert. Deren Kernkomponenten sind im eigenen Haus entwickelte Plasma-Schweissquellen. Seit 2009 kommen diese auch in Anlagen für die additive Fertigung von Metallteilen durch das Plasma-Auftragsschweissen zur Anwendung. Diese produziert das Unternehmen seit 2016 auch in Form von Komplettsystemen mit einem hohen Individualisierungsgrad. «Gegenüber anderen Lichtbogenschweisstechnologien zeichnet sich Plasmaschweissen durch seine robuste, saubere Arbeitsweise aus – frei von Spritzern und wenig Rauchentwicklung – das begünstigt das Drucken von Metallen wie Titan, rostfreie Stähle & Aluminium.», erklärt Johannes Niedermayer, Entwicklungsleiter bei der SBI GmbH. «Im Vergleich zum Laser-Auftragsschweissen punktet Plasma durch massiv geringere Investitionskosten und den Entfall von Laserschutz.»

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Zu den Alleinstellungsmerkmalen der Geräte und Anlagen von SBI gehören das exakte Beherrschen der Schweissprozesse und die agile Anlagenautomatisierung.

Automatisierung mit Sigmatek- Systemen

Die Entwicklung der Elektronikbaugruppen für die Regelung der Schweissquellen ist eine Kernkompetenz des Unternehmens. Für alle anderen steuerungs- und regeltechnischen Aufgaben setzt SBI bereits seit Anbeginn auf das Produktportfolio des Salzburger Automationssystemherstellers Sigmatek. «Die leistungsfähigen und zugleich sehr kompakten Sigmatek-Systeme decken alle automatisierungstechnischen Bedürfnisse ab, von der Ablauf- und Bewegungssteuerung über Safety bis zur Visualisierung», begründet das Matthias Inhauser, Automatisierungssystementwickler bei der SBI GmbH.

«Sie punkten mit einer grossen Offenheit und bieten alle erdenklichen Schnittstellen und Brücken für das Einbinden von Drittkomponenten.»

Als zentrales Steuerungs- und I/O-System nutzt SBI das modulare Automatisierungssystem S-Dias. Dieses kombiniert höchste Packungsdichte und Performance mit mechanischer Stabilität und komfortabler Handhabung.

Es bietet im platzsparenden Formfaktor neben funktionalen und sicherheitsgerichteten CPUs auch Motion und eine enorme Vielfalt an I/O-Modulen mit bis zu 20 Kanälen auf nur 12,5 mm Breite sowie TÜV-zertifizierte Safety-Module.

«Die Softwareerstellung für alle Teile der Anlagenautomatisierung einschliesslich der Ablauf-, Bewegungs- und Sicherheitstechnik sowie die Visualisierung erfolgt mittels moderner objektorientierter Programmierung in der Entwicklungsumgebung Lasal», ergänzt Martin Wolfbeisser, Automatisierungssystem-Entwickler bei SBI. «Das sorgt für ein effizientes Engineering, volle Nachvollziehbarkeit, erleichtert die Wiederverwendbarkeit und minimiert den Aufwand für die Softwarewartung und die Gestaltung kundenspezifischer Varianten.»

Komplexe Bewegungsabläufe

Das aktuellste Maschinenmodell für die additive Fertigung entwickelte SBI ursprünglich im Auftrag einer Universität. Der M3DP-CL verfügt über einen 1.500 x 800 x 650 mm grossen Arbeitsraum und gestattet die – auch gemischte – Verarbeitung unterschiedlicher Eisen- und Nichteisenmetalle in Form von Pulver oder Draht zu Werkstücken bis 200 kg.

Durch die simultane Bearbeitung in vier Bewegungsachsen ermöglicht der M3DP-CL die Erzeugung von Bauteilen in 2.5D Bauweise. Zwei zusätzliche Achsen für einen Dreh-Kipptisch ermöglichen die Herstellung echter 3D-Geometrien mit keinen Stützkonstruktionen in einem einzigen Produktionsvorgang.

Systemintegrierte Motorenlösung

Für die zahlreichen Achsbewegungen innerhalb der Maschine nutzt SBI mit Planetengetrieben der Serie PEII versehene bürstenlose DSM-Drehstrom-Servomotoren von Sigmatek. Diese sind durch ihr niedriges Trägheitsmoment hochdynamisch und haben ein sehr geringes Cogging. Das macht sie zur richtigen Wahl auch für anspruchsvolle Bewegungsanwendungen. Zu diesen gehört auch, dass beimM3DP-CL für die Bewegungen der X- und Z-Achse je zwei Motoren paarweise zum Einsatz kommen. «Bei Verwendung von Fremdfabrikaten wäre das wohl mit erheblichem Mehraufwand verbunden», weiss Martin Wolfbeisser. «Durch den Einsatz von Sigmatek-Motoren konnten wir das ohne weiteres und sehr rasch implementieren.»

Integrierte Antriebstechnik: einfach implementiert

Voll in die Gesamt-Automatisierungslösung integriert ist auch die Antriebstechnik. Dazu setzt SBI bei dem M3DP-CL bis zu drei der hochkompakten Dias-Drives MDD 2000 von Sigmatek ein. Die reaktionsschnellen Multiachs-Drives mit Regler-Zykluszeiten von nur 62,5 μs und einem Jitter unter 1 μs sind ideal für schnelle und hochpräzise Positionieraufgaben. Unabhängig voneinander, aber auch in enger Synchronisation, können sie je ein bis drei Motoren in harter Echtzeit ansteuern und lassen sich mit beliebigen Achs-Erweiterungsmodulen zu einem Multiachs-Verbund kombinieren.Versorgung, Netzfilter, Bremswiderstand und Zwischenkreis sowie viele bis zu SIL 3, PL e, Kat. 4, TÜV-zertifizierte Safety-Funktionen sind bereits on board. «Die kompakten Geräte sind nahtlos ins Sigmatek-Automatisierungssystem integriert, ihre Konfiguration erfolgt komfortabel in Lasal», zeigt sich Martin Wolfbeisser von der einfachen Implementierbarkeit der MDD 2000 angetan. «Zusätzlich minimiert ihre Ausführung als Einkabellösung mit Hiperface DSL den Verkabelungsaufwand.»

Schnell zur Gesamtautomatisierung

Abgerundet wird die Automatisierungslösung des innovativen M3DP-CL durch das Multitouch-Bedienpanel TT 1933-S mit 18,5” Widescreen, das wie alle Sigmatek-HMIs, alle gängigen Standard-Schnittstellen und die Kommunikation über OPC-UA unterstützt. Die Visualisierungen werden mit dem HMI-Tool Lasal Sreen erstellt und sind daher integraler Teil der Gesamtautomatisierung. «Durch die Verwendung des hoch integrierten Systembaukastens von Sigmatek und das modulare Engineering mittels Objektorientierung in Lasal schafften wir in nur vier Monaten die Automatisierungsentwicklung einer völlig neuen Maschine bis zur Serienreife», bestätigt Johannes Niedermayer. «Sigmatek unterstützte uns zudem mit einer Erweiterung des G-Code-Befehlssatzes der Dias-Drives MDD 2000 für die Kinematik-Transformation.»

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