Industrie 4.0 3D-Druck: Factory to go

Eine mobile Produktionslinie, die in einem Container steckt, hat Fraunhofer zusammen mit Partnern aus der EU entwickelt. Mit der "Factory to go" können Produkte per 3D-Druck endanwendernah gefertigt werden.

Bei komplizierten Brüchen ist es oft erforderlich, die Knochen im Rahmen einer Operation zu verschrauben, damit sie wieder zusammenzuwachsen. Vielfach setzen die Chirurgen dabei auf Knochenbohrschablonen, die individuell für den Patienten angefertigt werden. Sie helfen dem Chirurgen dabei, die Schrauben optimal zu platzieren. Da die Knochenbohrschablonen an wenigen Standorten gefertigt werden, kann es bis zu einer Woche dauern, bevor sie im jeweiligen Krankenhaus ankommen.

Mit der mobilen 3D-Druck-Fabrik namens CassaMobile soll dies künftig schneller gehen, denn dann lassen sich diese Schablonen nah am Endandwender herstellen – etwa in der Nähe der Krankenhäuser. Bei der Entwicklung der "Factory to go" haben zwölf europäische Unternehmen und Institute unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA im gleichnamigen EU-Projekt zusammengearbeitet.

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Stecker einstecken und produzieren

Auch die Idee und das Konzept stammen aus dem Fraunhofer IPA. "Über die mobile Fabrik lässt sich die Lieferzeit von bis zu einer Woche auf zwei Tage verkürzen", erläutert Raphael Adamietz, Projektleiter am IPA. Das italienische Wort "CassaMobile" heißt nichts anderes als "Container". Zwar sieht der grün-weiße Container von außen unscheinbar aus, doch der Eindruck täuscht: In seinem Inneren verbirgt sich eine intelligente Minifabrik. In ihr lassen sich beispielsweise Knochenbohrschablonen als 3D-Druck fertigen, in einer Fräse nachbearbeiten, qualitativ überprüfen und steril verpacken.

Für die Herstellerfirmen bietet die mobile Fabrik verschiedene Vorteile. Zum einen die große Flexibilität: Die Abmessungen des Containers haben die Forschenden bewusst so gewählt, dass er gerade noch ohne Eskorte über die Straßen gefahren werden kann. Die Unternehmen brauchen ihr Equipment nur einmal anzuschaffen und können es dort einsetzen, wo sie es benötigen – somit sparen sie Geld und schonen die Umwelt. Vor Ort kann es dann sofort losgehen: Der Container wird voll ausgestattet zu seinem Bestimmungsort transportiert, dort braucht er dann nur noch Strom, Wasser und Druckluft.

Da in direkter Kundennähe gefertigt werden kann, verkürzen sich die Lieferzeiten deutlich. Dies könnte mehr Absatz bewirken: Denn dauert die Lieferung zu lang, entscheidet sich der eine oder andere vielleicht doch für ein schneller verfügbares Produkt. Die Ärzte greifen dann auf andere, vielleicht weniger optimale Methoden zurück.

Der Fabrikcontainer hat seine eigene Infrastruktur dabei

Es lassen sich in der mobilen Fabrik natürlich auch andere maßgeschneiderte Produkte innerhalb kürzester Zeit direkt vor Ort herstellen, denn die Fabrik ist bewusst modular aufgebaut. Die Prozesskette kann flexibel geändert oder erweitert werden; einzelne Module kann man auch weglassen. So ist die mobile Fabrik beispielsweise nach Erdbeben in Katastrophengebieten einsetzbar. Direkt vor Ort produziert sie die Bauteile, die das Technische Hilfswerk dringend benötigt, um beispielsweise die Trinkwasserversorgung wiederherzustellen.

Denkbar sind auch Produktionen in Gegenden, in denen es sehr aufwendig wäre, eine Fabrik aufzubauen,weil es an passenden Gebäuden und der nötigen Infrastruktur fehlt. Bei CassaMobile hat man schließlich seine eigene, komplette Infrastruktur parat und könnte beispielsweise in Afrika Autoersatzteile produzieren, die dort Mangelware sind.

3D-Drucker bildet das CassaMobile-Herzstück

Das Kernmodul der Produktionsanlage ist der am Fraunhofer IPA entwickelte 3D-Drucker. "Für den Druck kombinieren wir zwei Materialien: Für das Bauteil selbst verwenden wir üblicherweise Polyamid. Die Stellen, an denen wir später kein Material haben wollen, füllen wir zunächst mit einem Supportmaterial, das wir anschließend in einem Lösungsmittel auflösen", erläutert Adamietz. Auf diese Weise können die Forscher dreidimensionale freigeformte Strukturen herstellen. Die Druckmaterialien liegen dabei als aufgerollte Kunststoffschnur vor. Diese wird aufgeschmolzen und linienförmig auf dem Substrat abgelegt. Damit die Oberfläche homogen und das Bauteil maßhaltig wird, heizen die Forscher auch den Bauraum auf.

Eine Kamera überwacht den gesamten Druckvorgang und hilft, Fehler sofort zu korrigieren. Das reduziert Ausschuss, verbessert die Qualität und spart manuelle Kontrollen. Die vom 3D-Drucker produzierten Bauteile sind aus diesem Grunde bereits sehr exakt. Sollte eine Oberfläche einmal nicht ideal sein, kann sie über ein Fräsmodul nachbearbeitet werden. Sind sterile Produkte gefordert - wie bei der Knochenbohrschablone -, so wird das Produkt nass gereinigt, mit Wasserdampf sterilisiert und steril verpackt. Damit die Luft im Container rein ist und bleibt, wird sie ständig umgewälzt und durch Luftfiltereinheiten gedrückt, die Verunreinigungen herausfischen. Ein zentraler Rechner verbindet alle Komponenten und steuert das gesamte Produktionssystem.

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