Industrielle Materialbearbeitung: Trends in Sachen Schleifen, Schneiden & Co.
Rund 2,1 Millionen Euro Umsatz erwirtschaftet die Sparte Industrie in Deutschland jährlich. Rohstoffe und Ausgangsprodukte werden tagtäglich be- und verarbeitet, neue Waren und Erzeugnisse entstehen. Dabei unterliegt speziell die Materialbearbeitung einem steten Wandel – aktuelle Trends in Sachen Schleifen, Schneiden und Co. verändern die Spielregeln.
Die Industrie gehört in Deutschland seit Jahrzehnten zu den wichtigsten Branchen. In jüngster Vergangenheit hatte sie jedoch – genauso wie andere Sparten – mit den Auswirkungen der Corona-Krise zu kämpfen. Insbesondere von Materialknappheit war und ist in diesem Zusammenhang die Rede. Laut einer Befragung des ifo Instituts gaben etwa im Mai 2022 rund 77,2 Prozent der befragten Unternehmen an, Produktionsbehinderungen aufgrund von knappen Rohstoffen und Vormaterialien hinnehmen zu müssen. Trotzdem erwirtschaftet die deutsche Industrie im Schnitt beachtliche 2,1 Millionen Euro und beschäftigt 7,4 Millionen Personen. Und: Jede Krise ist immer auch eine Chance für Neues.
Die Folge: Nicht selten erblicken in solchen Zeiten die meisten Innovationen das Licht der Welt oder aber bereits angestoßene Entwicklungen gehen rascher voran. Vor allem im Bereich der industriellen Materialbearbeitung bzw. bei den Fertigungsverfahren – also beim Schneiden, Fräsen, Bohren, Schleifen und Co. – tut sich momentan einiges. Als Fertigungsverfahren werden ganz allgemein alle Verfahren zur Herstellung von Werkstücken bezeichnet – und diese Anzahl wächst stetig, da immer mehr Technologien hinzukommen. Sie alle sind daher die Grundbestandteile der Fertigungstechnik. Nach DIN 8580 werden die Verfahren mittlerweile in sechs Hauptgruppen unterteilt: Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten, Stoffeigenschaften ändern. Im Folgenden werden ein paar aktuelle Trends aufgezeigt.
Vom Leichtbau bis zu optimierten KSS-Düsen – Trends bei Fertigungsverfahren
Noch nie wurde so viel in so rascher Zeit experimentiert. Die Folge: Themen, die heute noch aktuell sind, sind schon morgen wieder überholt. Ein paar ganz grundsätzliche Tendenzen lassen sich jedoch feststellen:
- Digitalisierung: Dieser Trend betrifft die gesamte Palette der Fertigungsverfahren. Prozesse und Maschinen werden immer stärker miteinander vernetzt, wodurch sich für Unternehmen vielfältige Vorteile ergeben. So können heutzutage etwa eine Fülle an Produktionsdaten ausgelesen werden, die Schwachstellen im System oder ungenutzte Potenziale in der Produktionskette aufzeigen. Der Trend geht jedoch trotzdem wieder stärker in Richtung Mensch-Maschine-Beziehung – vor allem, wenn es um die bevorstehende Industrie 5.0 geht. Ziel dieser bzw. moderner C.O.R.E.-Architekturen ist es, implizites Wissen der Maschine mit explizitem des Menschen zu verbinden. Und das soll sich künftig nicht mehr nur auf ein 1:1-Verhältnis begrenzen – also auf eine Maschine und eine Person –, sondern es sollen digitale Ecosysteme entstehen, in denen Wissen zirkuliert.
Digitalisierung wird beispielsweise bei den zahlreichen Sensoren und Messsystemen spürbar, die in neuen Maschinen eingebaut werden. So können beim Wälzschleifen zum Beispiel mittlerweile Bearbeitungsprozesse und das zu erwartende Qualitätsniveau eines Zahnrads in Echtzeit überprüft werden. Eng damit verbunden ist die Tatsache, dass sich auch die verwendete Software kontinuierlich verbessert. Im CNC-Bereich hat etwa die Weiterentwicklung des CAM-Bereiches dazu geführt, dass der gesamte Bearbeitungsprozess nun in einem virtuellen Aufbau simuliert werden kann. Fehler werden so minimiert und die erbrachte Leistung ist jederzeit einsehbar.
- Prozessoptimierung: Immer wichtiger wird es auch, bestehende Serienprozesse zu optimieren, um das Maximum herauszuholen. Spannend könnte künftig etwa das Schleifen im Hochgeschwindigkeitsbereich werden. Dieses könnte die Produktqualität erhöhen und gleichzeitig die Zerspanleistung auf einem konstanten, hohen Niveau halten.
- Bessere Maschinen: Eng verbunden mit dem Optimieren der Prozesse sind die verwendeten Maschinen und Werkzeuge, schließlich hängen Geschwindigkeit, Kosten und Qualität maßgeblich mit ihnen zusammen. Allgemein lässt sich feststellen, dass elektrische Antriebe weiter zunehmen. Im Bereich des Schleifens ergibt sich insbesondere bei neuen Vollhartmetall-Zerspanwerkzeugen ein großes Potenzial. Ebenso sind optimierte KSS-Düsen ein Thema, um eine effektive Versorgung des Schleifspalts zu gewährleisten. Beim Wälzschleifen könnten abrichtfreie CBN-Schleifschnecken den Korund-Schleifschnecken zunehmend den Rang ablaufen, da sich damit die Mess- und Prüfaufwände deutlich reduzieren lassen. Bei der CNC-Bearbeitung ist wiederum die 6-Achsen-Bearbeitung eine der wichtigsten Innovationen der letzten Zeit, um speziell hochkomplexe Teile zu fräsen.
- Auch Laser werden immer leistungsstärker. So können mittlerweile dicke Materialien wie beispielsweise Edelstahl oder 6mm Metalle mit Lasern bearbeitet werden. Der Vorteil von Lasern gegenüber CNC-Fräsen: Während es bei der CNC Fräse zu hohem Wartungsaufwand und Folgekosten kommt, zeigt sich beim Laserschneiden selbst bei intensiver Materialbearbeitung keine Abnutzung des Lasers. Auch kleinste Formen können präzise geschnitten werden. Wartungskosten entstehen hier keine.
- Leichtbau: Ein ebenso ganz genereller Trend ist jener in Richtung Leichtbau. Das heißt: Ingenieure sind seit Jahren darauf bedacht, Produkte so leicht wie möglich zu konzipieren und damit überflüssiges Gewicht einzusparen. Zum Zug kommen daher verstärkt Kunststoffe, Leichtmetalle und andere leichte Rohstoffe – oder aber leistungsfähige Stahllegierungen. Letztere punkten durch eine hohe Festigkeit, was ein entscheidender Vorteil bei kompakten Bauweisen ist.
- Nachhaltigkeit: Und auch an diesem Megatrend kommen alle Fertigungsverfahren nicht vorbei. Es wird händeringend nach Lösungen gesucht, um etwa den Schleifprozess zu verbessern und dabei Energie einzusparen. Denn die steigenden Stromkosten und CO2-Ausgaben gehören zu den negativen Auswirkungen der heutigen Zeit. Experimentiert wird in diesem Zusammenhang etwa mit der Optimierung der Schleifflüssigkeiten. So könnten etwa esterbasierte Bearbeitungsöle aus erneuerbaren Rohstoffen ein zukunftsträchtiger Ansatz sein. Dazu könnte Wasserstoff als Energieträger künftig ein größeres Wörtchen mitreden.
- Prototypen und Simulationen: Es müssen aber nicht nur bestehende Prozesse optimiert werden, sondern es werden auch immer mehr Sonderwerkzeuge in kleinen Losgrößen erzeugt, für die ebenso die optimalen Bedingungen geschaffen werden müssen. Generell spielen simultative Abbildungen und Prototypen dabei eine immer größere Rolle. Moderne Simulationen erlauben heutzutage etwa bereits vor der Fertigung des Werkstücks eine Vorhersage der prozesskraftbedingten Abdrängung der geschliffenen Rohlinge oder in Sachen Belastung. So können Abweichungen in weiterer Folge beim Schleifen kompensiert werden, Ausschussteile werden minimiert und das Bearbeitungsergebnis wird besser.