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Mit 3D-Druck schneller und nachhaltiger produzieren

13.04.2022 – Der Windkraft-Ausbau wird nicht nur aufgrund langer Genehmigungsverfahren und Bürokratie erschwert. der zu langen Wartezeiten beim Bau von Windrädern führt, ist die. Der Windturbinen-Hersteller Vestas muss seine Teile mehrfach durch Europa transportieren, um die Qualität in der Herstellung sicherstellen zu können. Das kostet nicht nur zu Zeit, sondern erhöht auch die C02-Emissionen. Und da Vestas bis 2030 CO2-neutral sein will und bis 2040 keinen Müll mehr in seiner Produktion verursachen will, sucht das dänische Unternehmen nach alternativen Fertigungsmethoden.

3Drucker Teil Windrad


Die Fertigung im 3D-Drucker verkürzt die Herstellungszeit und reduziert CO2-Emissionen durch wegfallende Transporte. Foto: Markforged

Vestas setzt auf 3D-Druck zur Validierung von Teilen schon während der Produktion. Das hat laut dem Unternehmen die Herstellung optimiert: Ein vom Windrad-Produzenten genanntes Beispiel ist ein Markierungswerkzeug, das für die ordnungsgemäße Montage der Rotorblätter seiner Windturbinen entscheidend ist. Früher benötigte dieses Tool eine Vorlaufzeit von drei Wochen und kostete Tausende Dollar. Mithilfe der 3D-Drucker und Software von Markforged benötigt es jetzt lediglich drei Tage vom Entwurf bis zur Installation und kostet weniger als 100 Dollar.

Umfangreiche Prüfverfahren in der Windrad-Produktion

Für einen zuverlässigen Betrieb seiner Windkraftanlagen ist Vestas auf zahlreiche Prüflehren in seinen Produktionsstätten und Installationsstandorten angewiesen. Diese Werkzeuge werden, basierend auf detaillierten Fertigungsanweisungen, von mehreren Anbietern auf der ganzen Welt bezogen. Die fertigen Teile wurden an die verschiedenen Vestas-Standorte geschickt, auf Konformität geprüft und nach Freigabe in Betrieb genommen. Dabei kommt es immer wieder vor, dass einige der gelieferten Teile nicht die erforderlichen Spezifikationen erfüllen und die Endkontrolle nicht bestehen. Dies führt zu Verzögerungen bei der Lieferung des Endprodukts und der Installation.

Herstellung kritischer Teile dauert mehrere Wochen

Selbst wenn die Teile die Inspektion überstanden haben, werden sie mit zeitaufwändigen und kostspieligen traditionellen Bearbeitungsmethoden und Rohmaterialien hergestellt. Ein Beispiel sind die sogenannten Top-Center-Markierungswerkzeuge (TC): Die Herstellung dieser Werkzeuge, die von Vestas zur Markierung der Schaufelfüße für die Ausrichtung der Rotorblätter verwendet werden, dauert normalerweise etwa fünf Wochen. Ein weiteres Beispiel sind die Blitzableiter-Rezeptoren, die mittels subtraktiver Fertigung aus Aluminium hergestellt werden: die Produktion benötigt mindestens 12 Wochen.

Additive Fertigung

Windrad Werkzeug 3D Druck

Durch die additive Fertigung im 3D-Drucker können Bestandteile von Windkraftanlagen direkt vor Ort hergestellt oder erneuert werden. Foto: Markforged

Das Vestas-Team begann mit der Suche nach alternativen Möglichkeiten, um den gesamten Fertigungsprozess zu optimieren. Mithilfe der cloudbasierten, KI-gestützten Plattform von Markforged für die additive Fertigung startete das Unternehmen 2021 sein Programm für die direkte digitale Fertigung (Direct Digital manufacturing, DDM).

Das DDM-Programm umfasst derzeit mehr als 2000 Vestas-Teile, die in einem Cloud-basierten Archiv von Markforged gespeichert sind. Dadurch können Mitarbeiter an jedem Vestas-Standort schnell nach einer beliebigen Anzahl von faserverstärkten Verbundwerkstoffteilen suchen und diese mit ihren 3D-Druckern herstellen. Dies habe die Versand- und Frachtkosten sowie die Vorlaufzeiten für die Fertigung deutlich reduziert.

Weniger Gewicht, höhere Genauigkeit bei der Fertigung

Software 3D Druck

Mit der Software wird die Genauigkeit der Werkzeugfertigung überprüft. Foto: Markforged

Bei der Herstellung des TC-Markierungswerkzeugs im 3D-Drucker wird faserverstärktes Onyx, ein haltbares, leichtes Nylon-Mischmaterial verwendet. Dadurch wiegen die ehemals metallischen Teile nach Angaben von Markforged 85 % weniger als zuvor. Für die Blitzableiter-Rezeptoren können die lokalen Produktionsstätten die Klingen aus 3D-gedrucktem Kupfer herstellen. Vestas schätzt, dass die Produktion eines Rezeptors nun etwa lediglich zwei Tage dauern wird.

Vor allem muss das Vestas-Team nicht mehr befürchten, dass Anlagenteile durch die Konformitätsprüfung fallen, da sie nach Bedarf und vor Ort mittels exakter digitaler Spezifikationen angefertigt werden. Auch wird die Genauigkeit der Werkzeuge mit der Software „Blacksmith“ von Markforged für die prozessbegleitende Inspektion, Analyse und Berichterstattung verifiziert.

Ausblick: Zentralisierte Steuerung geplant

Noch in diesem Jahr will Vestas damit beginnen, die digitale Fertigung von Prüflehren über die eigenen Schaufeln einzuführen, um die On-Demand-Produktion an allen 23 Produktionsstandorten zu ermöglichen. Außerdem ist Vestas eine Partnerschaft mit dem Werkzeughersteller Würth eingegangen, um ein Ökosystem für die additive Fertigung und ein Inventar von Ersatzteilen aufzubauen. Ziel ist es, damit den eigenen Außendienst und Lieferanten bei Wartung, Reparatur und Betrieb zu unterstützen.

Sobald die Einführung abgeschlossen ist, will Vestas den Fokus auf die Implementierung eines End-to-End Prozesses an seinen Standorten legen. Durch Scannen eines Codes oder Suche im EAM- und ERP-System sollen autorisierte Mitarbeiter an jedem Vestas-Standort in der Lage sein, das zu druckende Teil automatisch an den richtigen lokalen 3D-Drucker zu senden. Diese zentralisierte Steuerung von Benutzern, Druckern und der Teileprüfung soll die Qualitätsprozesse weiter verbessern. (ds)

www.vestas.de
www.markforged.com