IRPD setzt bei seiner additiven Werkzeugmaschine Impact 4530 auf PC- und EtherCAT-basierte Steuerungs- und Antriebstechnik von Beckhoff. So entstehen Metallteile im LPBF-Verfahren mit hohem Durchsatz, stabiler Prozessführung und durchgängiger Überwachung.
Stefan ZieglerStefanZieglerEditorial Management PR, Beckhoff Automation
Hauptkundensegmente
des Mutterkonzerns United Machining Solutions und damit auch Anwendungsbereiche
der additiven Werkzeugmaschinen sind Automobilhersteller und -zulieferer sowie
die Luftfahrtindustrie und Schneidwerkzeughersteller „In der additiven
Fertigung müssen Teile bei Anschlussflächen oft nachbearbeitet werden. Unser
Mutterkonzern liefert hierfür die passenden Anlagen, was die vertikale
Integration des Produktionsprozesses erleichtert und dem Kunden eine
durchgängige Lösung bietet“, erklärt Stefan Lang, CEO von IRPD.
Dr. Kai
Gutknecht, Leiter Prozess- und Softwareentwicklung bei IRPD, ergänzt: „In
unseren Zielmärkten wird vor allem ein durchgängig effizienter Prozess
gefordert. Dementsprechend lag der Fokus bei der Maschinenentwicklung
insbesondere auf einer hohen Anzahl sowie der reproduzierbar hohen Qualität der
produzierten Teile. Das beginnt mit dem großen Baufeld, den vier
1.000-W-Faserlasern, dem auf schnelle Job- und Materialwechsel ausgerichteten
Containerkonzept und reicht bis zur thermisch und mechanisch stabilen
Produktionsumgebung, zur Vorbereitung für die Automation und zur vollständigen
Überwachung des Produktionsprozesses.“
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LPBF-Anlage mit Werkzeugmaschinenstandard
Herzstück der
Komplettanlage Impact Fab ist die Werkzeugmaschine Impact 4530 zur additiven
Herstellung von Metallteilen. Dabei ermöglicht die Laser Powder Bed Fusion
(LPBF) die flexible Fertigung qualitativ hochwertiger Teile aus
unterschiedlichsten Metallen. Hinzu kommt die Entpulverungs- und
Recyclinganlage PM1, die das übrig gebliebene Metallpulver aus dem Baubehälter
entfernt, unter inerten Bedingungen siebt und für künftige Aufgaben in den
Pulverbehälter befördert. Weitere Anlagenkomponenten sind die Ladestation LS1,
mit der die Bauplatten aus dem Container gehoben werden, sowie das
Handlingmodul HM1, um die Container zwischen den einzelnen Produktionstationen
zu bewegen.
Die Impact 4530
selbst besteht aus zwei Hauptkomponenten: den Maschinenkern für den
eigentlichen additiven Fertigungsprozess sowie die Versorgungseinheit zur
Aufbereitung diverser Medien. „Der Maschinenkern ist größtenteils als
Gusskonstruktion ausgeführt, um thermisch und mechanisch einen stabilen und
reproduzierbaren Prozess sicherzustellen. Das Rüsten der Maschine erfolgt über
zwei würfelförmige Container, einerseits für den Bauprozess und andererseits
für das Bevorraten des Metallpulvers als Ausgangsmaterial. Durch das
automatisierte Einbringen und Andocken der Container wird der Rüstprozess
beschleunigt und vereinheitlicht, sodass sich minimale Stillstandzeiten
ergeben und der Start eines Baujobs reproduzieren lässt“, erläutert Dominik
Lenherr, Software-Ingenieur Automation bei IRPD, den Prozessablauf.
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Sind die Container
in der Maschine hermetisch angedockt, wird zeiteffizient eine hochwertige
Prozessatmosphäre erstellt. Anschließend trägt eine horizontale Achse
Metallpulverschichten auf einer Bauplatte auf, welche im Anschluss von mehreren
Lasern aufgeschmolzen und zum gewünschten Bauteilquerschnitt verschweißt
werden. Nach dem Absenken der Bauplatte um eine Schichtstärke von
typischerweise einigen hundertstel Millimetern wird neues Pulver aufgetragen und
der Prozess wiederholt sich. Zentrale Komponenten hierbei sind vor allem die
Laser sowie die Galvanometerscanner, mit deren Hilfe der Laserstrahl
mikrometergenau und schnell bewegt werden können. Abgerundet wird das System
von diversen Überwachungslösungen sowie der intuitiven, bei allen Maschinen von
United Machining Solutions eingesetzten Bediensoftware C.O.R.E. (Customer
Oriented Revolution), die über eine einfache ADS-Schnittstelle mit der
TwinCAT-Steuerung von Beckhoff kommuniziert.
Die optimale
Ausgangssituation für die Wahl der passenden Automatisierungstechnik hebt
Stefan Lang hervor: „Da mit dem Impact-Projekt für IRPD ein komplett neuer
Technologiesektor erschlossen wurde, konnte die Steuerungsplattform genau
abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen der additiven Fertigung
ausgewählt werden. Für PC-based Control mit TwinCAT haben die Systemoffenheit,
die moderne Entwicklungsumgebung und die innovativen Produkte von Beckhoff
gesprochen. Hinzu kam der PC-basierte Steuerungsansatz an sich, der
interessante Möglichkeiten im Hinblick auf eine schlanke, einfach erweiterbare
Gesamtsystemarchitektur eröffnet.“
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PC-based Control von Beckhoff steuert bei der Impact 4530 alle
hardwarebezogenen Maschinenfunktionen bis auf die Bewegung des Lasers über das
Pulverbett. Hierzu zählen unter anderem mechanische Achsen, Pneumatik,
Maschinensicherheit, Schutzgaszirkulation und Kühlung. Hardwarekern der
Steuerung ist der Schaltschrank-Industrie-PC C6675. „Ein Ziel war eine Systemarchitektur mit
möglichst wenigen und niederschwelligen Schnittstellen. Grundlage dafür ist ein
leistungsstarkes Zentralsystem, das Steuerungs- und Hochsprachensoftware auf
einer Hardware abbildet – der C6675. Derzeit nutzen wir dessen hohe
Rechenleistung zwar noch nicht voll aus, obwohl darauf neben Windows bereits
die SPS sowie die Vision- und die ressourcenintensive C.O.R.E.-Applikation
ablaufen. Im Rahmen der Weiterentwicklung werden allerdings noch weitere
Applikationen wie die Prozessüberwachung über Kameras, Big-Data- und
Machine-Learning-Anwendungen sowie zusätzliche Prozessregelungen hinzukommen“,
so Dr. Kai Gutknecht.
Die anwendungsorientierte Lösung von Automatisierungsaufgaben wurde aus
Sicht von IRPD auch optimal durch die modulare Software TwinCAT unterstützt. So
konnte mit TwinCAT Vision eine Kamera zur Prozessüberwachung schnell und
einfach in das Steuerungssystem integriert werden. Hinzu kommt, so Dominik
Lenherr, dass durch die direkte Ausführung der Bildverarbeitungsalgorithmen in
der Steuerungsumgebung eine taktgenaue und zu den Maschinenabläufen synchrone
Bilddatenerfassung möglich ist, ohne
dabei umständliche Schnittstellen aufbauen und pflegen zu müssen. „Die
TwinCAT-Bibliotheken, wieTwinCAT HMI, Motion und eben Vision, unterstützen mit
ihren vorgefertigten Funktionsbausteinen umfassend bei der Programmierung,
Inbetriebnahme und Diagnose der verschiedenen Softwarekomponenten. Gerade die
durchgängige Fehlersuche und Analyse sehe ich als einen der größten Vorteile im
TwinCAT Engineering an. Mit TwinSAFE ist zudem die Maschinensicherheit nahtlos
integriert, sodass wir nicht mit verschiedenen Tools arbeiten und nur eine
Software pflegen müssen“, so Lenherr.
Effizienz bei Motion Control und EtherCAT-Kommunikation
Von den TwinCAT-Funktionsbausteinen profitiert IRPD auch bei der
Bewegungssteuerung: „Wir setzen unter anderem die Standardfunktionen
MC_MoveAbsolute, MC_Jog und MC_Reset ein, was für uns den Programmieraufwand
deutlich reduziert. Realisiert sind die zugehörigen Servoachsen mit dem sehr
kompakten Multiachs-Servosystem AX8000 und den Servomotoren AM8000. Dabei bietet
uns insbesondere die One Cable Technology (OCT) Vorteile, da sich damit die
Anlagenverkabelung deutlich vereinfacht und bei der Installation weniger Fehler
auftreten können. Zudem sieht unsere Anlage für den Transport eine Trennstelle
vor, bei der die minimierte Verkabelung beim Auftrennen viel Zeit spart“,
erklärt Dr. Gutknecht.
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Die EtherCAT-Kommunikation trägt zudem zur Anlageneffizienz bei,
insbesondere im Rahmen der Inbetriebnahme. Ein gutes Beispiel sei laut
Dominik Lenherr die Hot-Connect-Funktionalität von EtherCAT, die beispielsweise
bei einem Beschichter genutzt wird. Dieser stehe in einer Ausführung mit und
ohne Antriebsregler zur Verfügung und könne bei Bedarf per Hot Connect einfach
und schnell ausgetauscht werden, ohne dass das Gesamtsystem herunterfahren muss
beziehungsweise notwendige Diagnosen zu unterbrechen sind. Dies komme zusammen mit der
automatischen Teilnehmeradressierung auch hinsichtlich der Modularität von
PC-based Control zum Tragen. So könne bei wechselnden Anforderungen zum Beispiel
über die EtherCAT-Box-Module der EP-Serie in Schutzart IP67 einfach eine
übergeordnete Steuerung hinzukommen, ohne dass eine aufwendige Adressierung
erforderlich wäre.
Zum Beckhoff I/O-Portfolio ergänzt
er abschließend: „Ein klarer Vorteil der EtherCAT-I/Os von Beckhoff ist deren
kompakte Bauweise, die bei der Anlage viel Platz spart. Hinzu kommt das äußerst
breite Komponentenspektrum, das wir so am Markt sonst nicht finden konnten.
Gute Beispiele sind die Multifunktions-EtherCAT-Box-Module mit ihren
kombinierten analogen und digitalen Ein- und Ausgängen sowie die
TwinSAFE-Box-Module zum direkten Anschluss der sicheren Feldsensorik.“
Automation NEXT Conference 2026
Datum: 30. September 2026
Ort: CU.BE Ulm by Bosch Rexroth, Ulm
Die Automation NEXT Conference ist die Fachkonferenz für industrielle Automatisierung, Digitalisierung und KI im Maschinen- und Anlagenbau.
Sie richtet sich an Entscheider, Produktions- und Automatisierungsverantwortliche sowie Entwickler, die ihre Fertigung zukunftsfähig aufstellen möchten. Im Fokus stehen praxisnahe Vorträge, Best Practices und der Austausch zwischen Industrie, Technologieanbietern und Forschung.
Themenschwerpunkte:
• Künstliche Intelligenz und generative Copilots im Engineering und in der Produktion
• Cobots und kognitive Robotik zur Bewältigung des Fachkräftemangels
• Smart Factory, IIoT, Industrial Networks und MES-Systeme
• Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit
Teilnehmer:
Fach- und Führungskräfte aus industrieller Automatisierung, Produktion und Maschinenbau sowie Expert:innen aus Forschung und Technologieunternehmen.
Besonderheiten:
• Hochkarätige Speaker aus Industrie und Forschung
• Ein kompakter Konferenztag mit starkem Praxisbezug
• Intensives Networking und direkter Austausch auf Augenhöhe
1. Welche Vorteile bietet die additive Werkzeugmaschine Impact 4530 von IRPD? Die Impact 4530 ermöglicht die industrielle Fertigung von Metallbauteilen im Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren mit hohem Durchsatz, reproduzierbarer Qualität und einer durchgängigen Prozessüberwachung. Automatisierte Materialwechsel und eine stabile Prozessumgebung reduzieren Stillstandszeiten und erhöhen die Effizienz.
2. Warum setzt IRPD bei der Steuerung auf PC-based Control von Beckhoff? Nach Angaben von IRPD überzeugten vor allem die Offenheit der Plattform, die moderne TwinCAT-Entwicklungsumgebung sowie die Möglichkeit, Steuerungs- und Hochsprachenanwendungen auf einer gemeinsamen Hardware zu betreiben. Dadurch lässt sich die Maschinenarchitektur schlank und flexibel erweitern.
3. Welche Aufgaben übernimmt die Beckhoff-Automatisierung in der Impact 4530? Die Steuerung übernimmt nahezu alle hardwarebezogenen Maschinenfunktionen – darunter Achssteuerung, Pneumatik, Schutzgaszirkulation, Kühlung und Maschinensicherheit. Ergänzend unterstützt TwinCAT Vision die kamerabasierte Prozessüberwachung und TwinSAFE integriert die funktionale Sicherheit in die Steuerungsplattform.
4. Wie trägt EtherCAT zur Effizienz der Anlage bei? EtherCAT vereinfacht unter anderem die Inbetriebnahme und den modularen Anlagenaufbau. Dank Hot-Connect-Funktion können bestimmte Module ausgetauscht oder ergänzt werden, ohne das Gesamtsystem herunterzufahren. Zudem erleichtert die automatische Teilnehmeradressierung spätere Erweiterungen der Anlage.
5. Welche Vorteile bietet die Motion-Control- und Antriebstechnik von Beckhoff in der Anwendung? IRPD nutzt TwinCAT-Motion-Funktionsbausteine sowie das Multiachs-Servosystem AX8000 mit Servomotoren der AM8000-Serie. Die One Cable Technology (OCT) reduziert den Verkabelungsaufwand, vereinfacht die Installation und minimiert potenzielle Verdrahtungsfehler.
