Denkt man an Metall-3D-Druck, sehen die meisten vor dem inneren Auge jene kastenförmigen Spezialanlagen, in denen ein Lichtstrahl Schicht für Schicht über das Metallpulver auf der Bauplattform fegt. FANUCs jüngster Vorschlag sieht anders aus: Das Unternehmen stellt die sechsachsigen vertikalen Knickarmroboter der M-800-Serie ins Rampenlicht; der Roboterarm hält einen Aufbaukopf für das Directed Energy Deposition (DED), schmilzt Metallpulver oder Draht per Laser und türmt Bauteile Schicht für Schicht „auf“. Die absolute Genauigkeit des Roboterkörpers stieg gegenüber früher um rund das Zehnfache auf ±0,1 mm; die Bahngenauigkeit für Geraden und Kreisbögen erreicht ebenfalls ±0,1 mm. Ins Visier genommen sind große, komplex geformte Bauteile, an die dedizierte Anlagen nicht heranreichen.

Zunächst die Kernpunkte nebeneinander:

  • FANUC baut mit den Bearbeitungsrobotern der M-800-Serie als Kern ein System für die metallische Additive Fertigung (Metall-AM); das DED-Werkzeug stammt von anderen Herstellern; angeboten wird ein vollständiges Systemkonzept;
  • die absolute Genauigkeit des Roboterkörpers stieg gegenüber früher um rund das Zehnfache auf ±0,1 mm; die Bahngenauigkeit für Geraden und Kreisbögen beträgt ebenfalls ±0,1 mm;
  • anders als dedizierte Anlagen, deren durch die Bauplattform begrenzter Bauraum die Bauteilgröße festlegt, bietet der Roboter einen großen Aktionsradius; das Schwergewicht liegt auf großen, komplex geformten Bauteilen;
  • das Aufbauwerkzeug liegt bei externen Lieferanten, Genauigkeit, Steifigkeit und Steuerung sind FANUCs eigen – wer die Qualität des Gesamtsystems verantwortet, ist der strategische Brennpunkt;
  • der Genauigkeitsgewinn ist eine Voraussetzung, keine Garantie: Aufbaurate, Schichtqualität und Materialstabilität müssen sich noch an realen Bauteilen beweisen.

Vom „Abtragen“ zum „Auftragen“: der Berufswechsel eines Bearbeitungsroboters

Zur Herkunft des M-800 gehört ein eigener Satz. Er war ursprünglich ein Bearbeitungsroboter für Zerspanen und Schleifen und hat jahrzehntelang Material „abgetragen“ – das Überflüssige vom Rohteil weggenommen. Nun lässt FANUC ihn das Gegenteil tun: Material Schicht um Schicht „auftragen“. Auf der Werkzeugseite stammt der DED-Aufbaukopf, der Metallpulver (powder) oder Draht (wire) per Laser schmilzt und lagenweise abscheidet, von anderen Herstellern; FANUCs Beitrag ist, den Roboterarm mit diesem Aufbaukopf eine hinreichend präzise Bahn fahren zu lassen und das Gesamte als Systemkonzept zu schnüren.

Großer Bearbeitungsroboter der FANUC-M-800-Serie
Die FANUC-M-800-Serie. Geboren als Bearbeitungsroboter für Zerspanen und Schleifen, wird sie nun auf die Seite des Metall-AM mit schichtweisem Materialauftrag geschoben

Der Zuwachs an Maschinenleistung ist beträchtlich. Nach FANUCs Angaben wurden mit eigenen Analysemethoden und einer Kalibriertechnik (Calibration), die die individuellen Unterschiede jedes einzelnen Roboters erfasst und kompensiert, hohe Steifigkeit und eine absolute Genauigkeit von ±0,1 mm erreicht – rund das Zehnfache früherer Produkte. Kenichiro Abe, Managing Executive Officer bei FANUC, erläutert: „Schon durch die bloße Eingabe von Zahlenwerten lässt sich das einfache Teaching abschließen; selbst bei komplex geformten Bauteilen kann das Metall-AM mit hoher Präzision ausgeführt werden.“

Absolute Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit – der eine Wortunterschied ist entscheidend

Der Dauermakel des Roboters in der Bearbeitung war die Genauigkeit. Ein Gelenkarm mit mehreren Achsen verzieht sich zwangsläufig; zwischen der befohlenen und der tatsächlich erreichten Position klafft stets eine Abweichung. Hier sind zwei oft verwechselte Begriffe zu unterscheiden: Die Wiederholgenauigkeit misst, wie reproduzierbar dieselbe Bewegung wiederholt ausgeführt wird; die absolute Genauigkeit misst, wie nahe die Werkzeugspitze der Sollkoordinate tatsächlich kommt. Dass der Roboter „trifft“, verdankt er der letzteren. Je höher die absolute Genauigkeit, desto unmittelbarer kann der Roboter nach den Zahlenwerten der Zeichnung fahren, ohne sich am realen Bauteil fortwährend nachjustieren zu müssen. Rund das Zehnfache plus die stückweise Kalibrierkompensation bedeuten drastisch weniger Nachstellarbeit bei Bahnabweichungen – erst darauf steht das Teaching im Stil „Werte eingeben und losfahren“ auf soliden Beinen.

Der Vollständigkeit halber: Das ist nur die eine Hälfte der Genauigkeit – jene, die die Werkzeugspitze an die Zielposition bringt. Maßhaltigkeit und Schichtqualität des fertigen Bauteils hängen vom DED-Prozessglied ab, am Schmelzen, Erstarren und schichtweisen Aufbau. Die Positioniergenauigkeit ist eine notwendige Bedingung für hochwertiges Metall-AM, keine hinreichende; über die letztliche Qualität des Bauteils entscheidet sie nicht allein.

Warum der Roboter statt der dedizierten Anlage

Das Standardvehikel des Metall-AM ist die dedizierte Anlage mit begrenzter Bauplattform: stabil in der Schichtqualität, aber die Bauteilgröße ist vom Innenraum der Anlage fest umrahmt. Der Roboter ist das Gegenteil – großer Aktionsradius, hohe Freiheit in der Orientierung: So groß das Bauteil und so verwinkelt die Flächenausrichtungen auch sind, der Arm nimmt eine andere Pose ein und erreicht die Stelle doch. FANUC erklärt genau jene Großteile und komplexen Formen, die dedizierten Anlagen nicht liegen, zum Hauptkampffeld und packt damit genau diese Größenlücke.

Auch der Markt könnte mithelfen. Nach Prognosen des japanischen Wirtschaftsministeriums METI weitet sich der Metall-AM-Markt bis 2040 auf etwa das Vier- bis Zehnfache von 2025 aus: im unteren Szenario auf rund 14,9 Mrd. EUR (etwa 2,7 Billionen JPY bzw. 135 Mrd. CNY), im oberen auf rund 42,5 Mrd. EUR. Zu beachten ist: Metall-AM wird Zerspanen, Gießen und Schmieden nicht als Ganzes ersetzen, sondern die komplexen Formen und kleinen Stückzahlen übernehmen, denen diese Verfahren nicht gewachsen sind; der Roboter wiederum will darunter jene großen, hochwertigen und kleinseriellen Felder erobern, die dedizierten Anlagen wegen der Abmessungen unzugänglich sind. Die Anwendungen wandern vom Prototyping zum realen Bauteil – eine Tochtergesellschaft des japanischen Unternehmens Sodick hat bereits ein System entwickelt, das mit Metall-AM die Oberflächenbehandlung von Fahrzeugbremsen übernimmt.

Roboter der FANUC-M-800-Serie im Einsatz auf einer Linie im Automobilwerk
Einsatz der M-800-Serie auf einer Linie im Automobilwerk. Derselbe Maschinenkörper, vom Zerspanen und Schleifen bis zum schichtweisen metallischen Auftrag erweitert – der Nutzungsspielraum des Anlagevermögens wächst um eine Stufe

Das Werkzeug außen, die Genauigkeit innen: wer löst die Integrationsaufgabe

Der wichtigste und zugleich am leichtesten übersehene Punkt dieser Konstellation: FANUC beherrscht das DED-Werkzeug selbst nicht. Die Kerntechnik für Schmelzen und Auftragen ist an externe Lieferanten übergeben; FANUC schöpft seinen Wert aus den eigenen Stärken – Genauigkeit, Steifigkeit, Steuerung – und kombiniert beides zu einem Gesamtpaket für den Markt. Der Vorteil: Jeder tut, was er am besten kann. Der Haken ist ebenso offenkundig: Wenn das Werkzeug, das die Schichtqualität maßgeblich bestimmt, nicht in eigener Hand liegt – wer verantwortet dann das Zusammenspiel beider und die Qualität des Gesamtsystems? So hoch die Roboterpräzision auch steigt, über Gesamtleistung und Schichtqualität der Metall-AM-Anlage entscheidet sie nicht allein. Die Antwort auf diese Frage wird unmittelbar bestimmen, ob das Konzept in den Augen der Kunden ein Produkt ist – oder ein Engineering.

Für Bestandskunden des M-800 ergibt sich ein ganz praktisches Thema: Dieselbe Maschine ließe sich im Prinzip vom Zerspanen bis zum Metall-AM erweitern. Das gilt allerdings nur unter Bedingungen – das DED-Werkzeug muss nachgerüstet und ein Vorrat an Prozessparametern für die Auftragung aufgebaut werden; das Anlagevermögen aus Zerspananwendungen ist nicht ohne Weiteres übertragbar. Es ist weniger ein geschenkter Vorteil als ein noch zu erweisendes Vorhaben.

Der nächste Blickpunkt: ob sich Bahngenauigkeit in stabile Bauteilqualität verwandelt

Ob das DED-Verfahren praktikabel wird, entscheidet sich am Ende an drei Dingen: Aufbaurate, Schichtqualität und die Bandbreite einsetzbarer Materialien. So sehr die absolute Genauigkeit des Roboters steigt – ob der Aufbauprozess mit Schmelzen und Erstarren stabil verläuft und wie klein die Qualitätsschwankungen von Bauteil zu Bauteil gedrückt werden können, zeigt erst das Zeugnis der realen Teile. Im Fokus stehen Geschwindigkeit, Qualität und Material – und keiner dieser drei Punkte wird vom Roboter allein entschieden, sondern von der Einspielung mit dem DED-Werkzeug. ±0,1 mm ist eine schmucke Eintrittskarte, doch das Rennen hat gerade erst begonnen. Für uns als Händler und Instandhalter gebrauchter Anlagen ist trotzdem schon jetzt eine Zeile notiert: Setzt sich diese Kombination durch, gehört in die Bewertung von Bearbeitungsrobotern bald eine zusätzliche Kennzahl – die „absolute Genauigkeit“. Weiterführend: Verkauf gebrauchter Roboter, FANUC × NVIDIA: Lückenschluss in der Simulation.

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Hinweis: Dieser Artikel wurde auf Grundlage öffentlicher Berichte und Branchenbeobachtungen redaktionell erstellt. Für Produktangaben sind die offiziellen Verlautbarungen von FANUC maßgeblich; dieser Beitrag stellt keine Investitions- oder Beschaffungsempfehlung dar.