Demokratisierte Herstellung von Windkraftanlagen bei Vestas mit der Digital Forge von Markforged

Demokratisierte Herstellung von Windkraftanlagen bei Vestas mit der Markforged Digital Forge

Markforged Digital Forge Windkraftanlagen von Vestas
Windkraftanlagen von Vestas

Durch Direct Digital Manufacturing sowie der End-to-End-Fertigungslösung Digital Forge von Markforged konnte das Unternehmen Vestas seine Produktion demokratisieren.

Das Unternehmen Vestas - Einsatz von additiven Fertigungslösungen von Markforged

In der Branche der Windenergie ist das Unternehmen Vestas ein global führender Hersteller. Die Windkraftanlagen von Vestas besitzen +151 Gigawatt und befinden sich in 86 Ländern weltweit. Vestas hat im Vergleich zu Konkurrenzunternehmen die meisten Windkraftanlagen implementiert. 

In dem Corporate Knights Global 100 Ranking von 2022 erhielt Vestas den Titel des global nachhaltigsten Produzenten. Vestas strategischer Plan zur Nachhaltigkeit beinhaltet die Herstellung von Windkraftanlagen bereits bis in das Jahr 2040. Dabei kommt bei Vestas die additive Fertigung mit Markforged zum Einsatz, um ihr Nachhaltigkeitsziel einer Netto-Null-Dekarbonisierung bis 2030 zu erfüllen. 

Windenergieanlagen sind die bekannteste Alternative der Energietechnik. Durch ihre enorme Größe von 137-259 m Höhe und 109-236 m Rotordurchmesser sind die Windkraftanlagen noch von mehreren Kilometern Entfernung zu sehen. Solltest Du bereits eine Windkraftanlage gesehen haben, wurde diese zu einer hohen Wahrscheinlichkeit von Vestas produziert.

Vestas wurde nach dem zweiten Weltkrieg in Dänemark gegründet. Damals war das Unternehmen ein kleiner Familienbetrieb. Anfangs entwickelte Vestas als Dienstleister Hydrauliken für leichte Nutzfahrzeuge. Anfang der 1970er startete Vestas damit alternative Energielösungen zu entwickeln. 1979 brachte das Unternehmen dann die erste Windturbine auf den Markt. Ab 1989 fokussierte sich Vestas allein auf die Herstellung von Windenergieanlagen. Vestas Aufgabengebiet umfasst dabei alles von der Entwicklung, der Produktion, der Installation und der Wartung der Windkraftanlagen. Heutzutage ist Vestas im Bereich der On- und Offshore-Windturbinen und Windturbinenschaufeln der global größte Produzent mit Hauptsitz in Dänemark und über 15 Produktionsstandorten auf der ganzen Welt. 

Die Problemstellung - Lange Lieferzeiten für Bestandteile und Installationswerkzeuge

Windkraftanlagen sind immens große und kostenintensive Maschinen. Die Anforderungen an Windkraftanlagen sind ebenfalls sehr hoch. Besonders Zuverlässigkeit, eine hohe Effektivität und verschwindend geringe Sillstandszeiten sind gefragt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, kann sich Vestas bei der Produktion daher keine Fehler leisten. Für die Vermeidung von Fehlern setzt Vestas auf einige Prüfgeräte bei der Fertigung sowie bei der Installation vor Ort. Die essenziellen Bestandteile werden herkömmlicher Weise von unterschiedlichen internationalen Herstellern nach detailreichen Anweisungen zur Verwendung und Funktion angeschafft. Sind die Einzelteile der Windkraftanlagen vollständig produziert, so werden diese an die unterschiedlichen Unternehmensstandorte von Vestas für die finale Prüfung ihrer Konformität geliefert. Bestehen die Teile die Prüfung, so werden diese zur Inbetriebnahme freigegeben. Ein großes Problem von Vestas war es, dass viele der von regionalen Produzenten gelieferten Endteile die speziellen Ansprüche nicht vollständig erfüllen konnten. Dadurch schafften es die Teile nicht durch die finale Prüfung, was zu Verzögerungen in der Lieferung und Installation führte.

Eine weitere Herausforderung war es, dass auch die Teile, die nach der finalen Prüfung zugelassen wurden, nur kompliziert herstellbar waren. Die herkömmlichen Fertigungsmethoden der Teile waren mit einem sehr hohen Zeitaufwand, hohen Materialkosten für die verwendeten Rohstoffe und auch einem hohen Kostenaufwand für die Fertigung an sich verbunden.

Ein Beispiel eines solchen Teils sind die Markierungswerkzeuge für die obere Mitte (TC). Üblicherweise würde die Produktion dieses essenziellen Teils circa fünf Wochen dauern. Ebenfalls ist dies ein Problem, da Vestas für die richtige Anpassung des Teils mehrere Versionen des Teils bestellen musste.

Ein weiteres Beispiel sind die Blitzspitzerezeptoren. Diese werden benötigt, um Blitzschäden an den Windkraftanlagen zu minimieren. Produziert werden diese traditionell durch die subtraktive Produktion von Aluminium. Bis dieses Teil fertig produziert ist, vergehen mindestens drei Monate.

Markforged Digital Forge TC-Markierungswerkzeug aus dem 3D-Drucker
Markforged Digital Forge TC-Markierungswerkzeug aus dem 3D-Drucker
Vestas TC-Markierungswerkzeug zum Markieren des Fußendes von Turbinenschaufeln, um den Zwischenraum während der Installation auszurichten

„Vestas demokratisiert die Fertigung, indem es sie in die Hände unserer Endbenutzer legt und gleichzeitig ein zentralisiertes Engineering-Steuerungsmodell beibehält.“

Jeremy Haight, Principal Engineer, Additive Manufacturing & Advanced Concepts, Vestas

Die Lösung - Digital Forge von MArkforged

Bei der Suche nach einer Alternative, die es ermöglicht den ganzen Produktionsprozess zu optimieren, stoß das Unternehmen Vestas auf die Fertigungslösung von Markforged. Im Jahr 2021 implementierte Vestas die cloudbasierte, KI-gestützte additive Fertigungsplattform Digital Forge von Markforged und begann erfolgreich seinen Direct Digital Manufacturing (DDM) Prozess. Mit Hilfe dieser additiven Fertigungslösung ist Vestas nun nicht mehr auf externe Zulieferer angewiesen und kann über die Plattform weltweit zusammenarbeiten.

Mit dem DDM-Prozess wurden bereits mehr als 2000 Teile von Vestas gefertigt. Diese Teile sind nun alle in der Markforged Eiger™ cloudbasierten digitalen Repository gespeichert und zum Abruf bereit. Durch diese Plattform hat jeder Vestas Mitarbeiter weltweit ohne jegliche Vorkenntnisse im Bereich der additiven Fertigung die Möglichkeit selbst additiv zu fertigen. Dazu kann in der Plattform einfach die beliebige Anzahl von faserverstärkten Verbundwerkstoffteilen ausgewählt werden und diese auf dem Markforged X7 3D-Drucker oder dem Markforged Onyx Pro 3D-Drucker vor Ort gedruckt werden.

Jeremy Haight, Principal Engineer for Additive Manufacturing & Advanced Concepts bei Vestas, erzählt: „Unser Ansatz ist End-to-End. Wir liefern den physischen Artikel nahezu in Echtzeit an eine Vielzahl von Stellen. Das kommt einer Teleportation am nächsten, glaube ich.“

Durch das Repository von Markforged kann sich Vestas darauf verlassen, an seinen Standorten in der ganzen Welt auf der Stelle konsistente und spezifikationsgerechte Teile fertigen zu können und das ganz ohne Fachexperten. Ebenfalls kann sich Vestas dadurch die langen Wartezeiten auf die Teile sowie die Versand- und Frachtkosten der Teile sparen.

So wird das TC-Markierungswerkzeug aus vorherigem Beispiel, was in der traditionellen Herstellung mehrere Wochen Zeit und mehrere Tausend Dollar gekostet hat, nun in nur wenigen Tagen zu einem Bruchteil der Kosten hergestellt. In der additiven Fertigung wird das Teil aus dem faserverstärkten, haltbaren, leichten Nylon-Mischmaterial Onyx 3D gedruckt. Durch dieses Material verlieren die metallischen Teile 85% ihres vorherigen Gewichts, was ein weiterer Vorteil ist.

Auch am Beispiel der Blitzspitzenrezeptoren wird der Nutzen der additiven Fertigung durch Markforged deutlich. Die additive Fertigung dieser Teile dauert nach der Implementierung der Rezeptoren gerade einmal zwei Tage. Zudem fällt auch Vestas Sorge weg, dass die Teile die Konformitätsprüfung nicht bestehen könnten. Denn die Teile werden nun nach Bedarf und nach den exakten digitalen Ansprüchen maßgefertigt. Die Qualität der 3D gedruckten Teile ist ebenso herausragend. Durch die Markforged Blacksmith™ Software wird die Genauigkeit der Teile für die prozessbegleitende Prüfung, Analyse und Berichterstattung überprüft. Durch diese digitale Überprüfung der Teile mit der Blacksmith Software von Markforged kann die Präzision der 3D gedruckten Teile wie des TC-Markierungswerkzeugs verifiziert werden.

Markforged Digital Forge Teileinspektion mit Markforged Blacksmith
Die digitale Teileinspektion von Blacksmith verifiziert die gedruckte Genauigkeit des TC-Markierungswerkzeugs

„Wir haben uns für Markforged entschieden, weil sie am besten in der Lage waren, die End-to-End-Lösung zu liefern, die wir zur Verwirklichung unserer Vision von DDM benötigten.“ – Jeremy Haight, Principal Engineer, Additive Manufacturing & Advanced Concepts, Vestas

Markforged Digital Forge Prototyp eines Blitzspitzenrezeptors
Zusammengesetzeter Prototyp eines Blitzspitzenrezeptors für Rotorblätter von Windkraftanlagen zur Reduzierung von Schäden durch Blitzschlag

Ausblick

Für Vestas ist der Direct Digital Manufacturing Prozess wegweisend für die Entwicklung von neuen Teilen und die Verfügbarkeit der benötigten Werkzeuge und Endverbrauchsteile an allen Standorten des Unternehmens. Im Jahr 2022 will Vestas das DDM von Prüfmitteln über alle 23 Fertigungsstandorte ausweiten, sodass die Fertigung erleichtert wird und bedarfsgerecht erfolgen kann. Zusammen mit einem Partnerunternehmen möchte Vestas ein additives Ökosystem entwickeln. Dieses dient dazu den Ersatzteilbestand aus Teilen zu administrieren, die mit der Digital Forge Plattform produziert wurden. Des Weiteren kann so die Wartung, die Reparatur und der Betrieb für den regionalen Außendienst und weitere Lieferanten unterstützt werden.

Ist die Entwicklung und Einführung vollendet, möchte Vestas sich auf die Installation eines umfangreichen End-to-End-Prozesses an den Standorten fokussieren. Das Ziel ist es, dass jeder Mitarbeiter an einem der Vestas-Standorte ein gewünschtes Teil suchen und dieses automatisch an den gewünschten 3D-Drucker vor Ort zum 3D-Druck weiterleiten kann. Mit dieser zentralen Steuerung von Benutzern, 3D-Druckern und der Teileinspektion mit der Blacksmith und Eiger Fleet™ Software von Markforged können leistungsstarke Werkzeuge und Endverbraucherteile in höchster Qualität garantiert werden, die ihre Aufgaben zuverlässig erfüllen.

Je mehr Teile Vestas durch die additive Fertigung selbst produziert, in einem umso höheren Tempo können die Teile auf den Markt kommen. Ebenso spart sich das Unternehmen Unmengen an Zeit und Kosten.

Markforged Digital Forge Mitglieder Vestas AM-Team
Mitglieder des Vestas AM-Teams leiten die Anstrengungen, um die Qualität und Leistung von Werkzeugen und Endverbrauchsteilen sicherzustellen.

In folgendem Video kannst Du dir den kompletten Direct Digital Manufacturing Prozess von Vestas mit Markforged nochmals ansehen:

Weitere Markforged 3D-Drucker

3D-MODEL hat neben dem Markforged Onyx Pro noch weitere Markforged Desktop 3D-Drucker im Sortiment. Diese sind der Markforged Onyx One und der Markforged Mark Two. Neben dem Markforged X7 bietet 3D-MODEL noch die 3D-Drucker Markforged X5Markforged X3 und Markforged FX20 aus der selben Industrie-Serie an.
Für die additive Fertigung von Metall gibt es den Markforged Metal X

Neben den Markforged 3D-Drucklösungen können bei 3D-MODEL auch 3D-Drucker der Hersteller Formlabs und 3DCERAM gekauft werden. Im 3D-Scan Bereich bietet 3D-MODEL die 3D-Scanner von Artec 3D an. Darunter befinden sich Hand-, Desktop- und Langstreckenlaser 3D-Scanner.

Du möchtest weitere Informationen zum 3D-Druck und 3D-Scannen oder hast Fragen zu den Einsatzmöglichkeiten in deinem Unternehmen? Dann kontaktiere uns gerne, wir beraten dich kostenlos und freuen uns auf deine Anfrage! 

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