Fachartikel

3.06.2020
erschienen in GIESSEREI Heft 5|2020

Das Start-up ist erwachsen geworden

Stetiges Wachstum benötigt immer mehr Platz: Diese Luftaufnahme zeigt den aktuellen Standort ACTech im sächsischen Freiberg.

Was ist unternehmerischer Erfolg? Beispielsweise, wenn ein Start-up seinen 25. Geburtstag begehen kann. Den feiert der Mittelständler ACTech aus dem sächsischen Freiberg in diesem Frühsommer. Das Erfolgsgeheimnis: „Rapid Prototyping“, basierend auf Additiven Fertigungsverfahren. Eine Firmengeschichte.

VON MARTIN VOGT, DÜSSELDORF

Das wiedervereinigte Deutschland schreibt das Jahr 1995. Dass ein Vierteljahrhundert später die wirtschaftlich erfolgreiche Firma namens ACTech ihr Firmenjubiläum feiern kann, ahnt noch keiner der Firmengründer. Maßgeblicher Treiber ist der Gießereiingenieur Dr. Florian Wendt.

„Es gab damals ein deutliches Manko: Wie können sehr schnell einzelne Gussteile zu vernünftigen Kosten produziert werden?“, erläutert Norbert Demarczyk, heute einer der drei Geschäftsführer des Mittelständlers und zuständig für die Fertigung, die damalige Motivation. „Die Technologien der Seriengießerei waren zu unflexibel und zu aufwendig, um mal schnell ein Gussteil für Erprobungszwecke bereit zu stellen.“

Patent von Dr. Wendt gehört zur Vorgeschichte

Wendt hat gearbeitet, geforscht, auch patentieren lassen. Untrennbar zur Vorgeschichte von ACTech gehört deswegen sein Patent für das Lasersintern von Croning-Formstoff und die Umsetzung dieser Erfindung durch die EOS GmbH in München. Damit stand mit der Eosint-S-Technologie erstmalig eine Technologie zur Verfügung, die es erlaubte, modelllos Kerne und Formteile aus einem Datensatz zu fertigen.

Das Verfahren ist ein Schichtbauprozess, bei dem Phenolharz mittels Laser selektiv eingetragener Wärmeenergie ausgehärtet wird. Man sprach damals von Rapid-Prototyping-Technologien, heute nennen wir es Additive Fertigung oder gar nur 3-D-Druck. Der gewählte Technologie-Sammelbegriff macht deutlich, welchen Bedarf man bedienen wollte, den der schnellen Prototypenfertigung. Der Bedarf wandelte sich erst zu einem Markt, da vorher mangels geeigneter Technologie keine wirklich schnelle Prototypenfertigung, insbesondere komplexer Gussteile, möglich war. Der Modell- und Werkzeugbau war die vorgezeichnete Route, die Zeit und Kosten bestimmte.

Ein junges Team aus CAD-Konstrukteur, Gießereiingenieur und Maschinenfachmann war 1995 schnell zusammengestellt und ging mit Pioniergeist zu Werke. Die Kinderkrankheiten der Technologie waren zu beheben und die Tauglichkeit der Formteile und Kerne zur Herstellung unterschiedlicher Geometrien in diversen Gusswerkstoffen unter Beweis zu stellen. Freiberg, als Sitz der Ausbildungsstätte für Gießereiingenieure, bot sich als Firmensitz an und das Versuchsfeld des Institutes bildete die erste Operationsbasis für die Gussteilfertigung mit den neuartig hergestellten Formteilen. Die neue Wundertechnologie wurde allseits von der Branche bestaunt.

Neue Gestaltungsfreiheiten konnten gewährt werden, Hinterschnitte und Ausformschrägen waren keine Hemmnisse oder Restriktionen mehr – damit wurden bis dahin nicht darstellbare Geometrien gießbar. Selbst nach Japan wurden Formen versendet, hier stellte der Transport der zerbrechlichen Formteile eine weitere Herausforderung dar, die gemeistert wurde. Später gingen zwei Meter lange Formen per Luftfracht nach Kanada, um dort in Magnesium abgegossen zu werden.

ACTech zunehmend in Motorenentwicklung stark

Die technologieaffinen Automobil-Konzerne bestellten Eosint-Anlagen für ihre internen Gießereien, doch nur wenige andere trauten sich die Beherrschung zu und investierten. ACTech sah deshalb die Chance für die geschäftliche Entwicklung in der konzernunabhängigen Dienstleistung für gegossene Prototypen-Gussteile mit kürzester Lieferzeit.

Damit wurde und wird Kunden weltweit eine effiziente und schnelle Entwicklung der Produkte von morgen ermöglicht. Das Geschäft wuchs stetig. Schon im zweiten Geschäftsjahr wurden schwarze Zahlen geschrieben. Zunehmend wurden die ACTech-Prototypen für mehr und mehr Motorenentwicklungsprojekte geliefert und erarbeiteten sich einen Ruf von kurzfristiger Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit.

Viele wichtige Motorenentwicklungsprojekte weltweit wurden mit Gussteilen von ACTech vorangebracht. Im Zentrum standen dabei Zylinderköpfe und Zylinderkurbelgehäuse in diversen Aluminium- und Gusseisenwerkstoffen. In den ersten Jahren realisierte ACTech die Gießereileistung ausschließlich durch Kooperationen mit Gießereien und dem Technikum der TU Bergakademie Freiberg. Investiert wurde konsequent in die Schlüsselkompetenz, die Additive Fertigung der Kerne und Formteile.

Formstofffräsen ab 1999

Der ersten Generation Eosint-S350 folgte die Eosint-S700, eine Maschine mit größerem Bauraum, realisiert durch die weltweit erste Strategie mit zwei Laserfeldern. Dennoch blieb die Größenbegrenzung hemmend. Eigenen Ideen entsprang 1999 die Technologie des Formstofffräsens, gefolgt von Patentierung und Umsetzung. Grundprinzip ist das Herausfräsen der Kontur aus einem vorgefertigten Formstoffblock. Somit wurden Formgrößen bis über zwei Meter Ausdehnung realisierbar.

Kombiniert mit Kernen und Formsegmenten aus dem Lasersinterverfahren war eine hohe Gestaltungsfreiheit gegeben. Das Markterfordernis, dass nicht nur das schnell gefertigte Gussteil zu zügig verfügbaren Prototypen führt, sondern erst das Fertigteil, lenkte zum Einstieg in die Mechanische Bearbeitung. Hier kam von Anfang an die 5-Achs-CNC-Fräs-Technologie zum Einsatz.

Aus drei werden mehr als 100 Mitarbeiter

Trotz Ausbau der Gießereikapazität mit eigenem Personal und Equipment wurde das Fehlen einer eigenen Gießerei und die Vereinigung aller Fertigungsstandorte immer drängender. Das stetige Wachstum und profitable Geschäft ergaben den nötigen Rückenwind, die Investition in eine eigene „integrierte Fertigungsstätte“ zu tätigen. Die Chance dazu bot sich 1999, als die Stadt Freiberg eine Nutzung für die Immobilie einer alten Großbäckerei suchte. Bis 2001 wurde diese Industriebrache wiederbelebt und umgebaut.

Nach der Inbetriebnahme im Frühjahr 2001 nahm die neue Fertigungsstätte die Formherstellung, das Gießereitechnikum, die Mechanische Bearbeitung mit nunmehr vier CNC-Maschinen und einen Modellbaubetrieb als Mieter sowie alle Verwaltungsbereiche auf. Die Mitarbeiteranzahl war auf über 100 gewachsen und der Umsatz lag bei 6,2 Mio. EUR. Es folgten ISO-Zertifizierung, 3-Schichtsystem und bauliche Erweiterungen. Spezifikum der Gießerei ist ihr Standort im ersten Stockwerk des Gebäudes und das Nebeneinander der Werkstoffgruppen Aluminium, Eisen- und Stahlguss.

Auf die Anforderung, serienvergleichbare Eigenschaften der Prototypen zu den späteren Serienteilen zu besitzen, die u.U. im Druck- oder Kokillenguss gefertigt werden, reagierten die ACTech-Ingenieure durch die Entwicklung spezieller, patentierter Gießverfahren. Besonders durch den Einsatz von aktiver Kühlung bei der Gussteilerstarrung gelang es, die mechanischen Eigenschaften im Aluminiumguss zu steigern. Die Schmelzkapazität wurde für 400 Kilogramm Eisen- und Stahlguss pro Charge und 500 Kilogramm Aluminium über zwei Induktions- bzw. vier widerstandsbeheizte Öfen ausgelegt. Klein im Gießereimaßstab, aber dafür hoch flexibel: Das sind die Anforderungen, die von der Ausstattung bestens erfüllt waren.

ACTech kann auch Feinguss

Neben dem Sandguss beschäftigt sich ACTech auch mit den Möglichkeiten der schnellen Fertigung im Feinguss, basierend auf additiv gefertigten Modellen. Hier begann es mit einem Joint Venture, der Rapid Metal, gegründet 2000 in Pegau südlich von Leipzig. Zuerst wurde mit dem Gipskompaktformverfahren gefertigt, bei welchem rückstandsfrei ausbrennbare, additiv gefertigte, verlorene Modelle verwendet werden.

Die Beschränkungen auf den Werkstoff Aluminium und die für gute mechanische Eigenschaften ungünstigen langen Abkühlraten in der Gipsform führten zur Einführung der Keramikschalentechnologie. Um diese für die schnelle Fertigung nutzbar zu machen, wurde der langwierige Trocknungsprozess von einem Tag pro Keramikschicht optimiert. Das Resultat mündete in eine patentierte Trocknungsanlage, die eine Trocknungszeit von nur 90 Minuten pro Schicht realisiert.

Da 10 bis 13 Schichten aufgetragen werden, potenziert sich dieser Effekt entsprechend. 2008 wurde nach vorhergehender Verschmelzung der Rapid Metal mit der ACTech GmbH die Fertigungsstätte Pegau nach Freiberg in einen eigens dafür errichteten Neubau verlegt. Hohe Investitionen wurden für die katalytische Abgasreinigung aufgewendet, um die Flashfire-Ausbrenntechnologie umweltgerecht anwenden zu können.

Investitionsschub nach 2007

Optische Messung ist der Schlüssel zur Genauigkeit von Einzelstücken. Seit 2004 setzt das Unternehmen mit steigender Zahl diese Messmethode produktionsbegleitend ein. Derzeit sind acht derartige Systeme im Einsatz. Begonnen hat es in der klassischen Maßprüfung der Rohteile. Es folgten die Nutzung in der Mechanischen Bearbeitung zum Einmessen beim Rüstvorgang, in der Formmontage zum Justieren der einzelnen Formteile zueinander, in der Nachbehandlung zur Begleitung von Richtprozessen und nicht zuletzt in zunehmendem Maße in der Fertigteilmessung. Auch hier zahlte sich eine Zusammenarbeit mit dem Systemhersteller aus, um passgerechte Lösungen zu finden.

So ist das Live Tracking der Formmontage eines der Handwerkzeuge für die präzise Arbeitsweise in der Gießerei geworden. Der Eigentümerwechsel 2007 ermöglichte die Umsetzungen eines Investitionspaketes in die mechanische Fertigung. Nach Errichtung der dafür notwendigen Fertigungshalle wurde diese sukzessive mit 21 Bearbeitungszentren besetzt. Die Kompetenz und Leistungstiefe wurde stetig ausgebaut. Ein Meilenstein war der Einstieg in die Bearbeitung von Zylinderköpfen im Jahr 2007.

Ein Team von zwölf CAM-Programmierern wurde aufgebaut, um schlagkräftig auf die unterschiedlichsten Teile und ihre Anforderungen in der Mechanischen Bearbeitung reagieren zu können. Gemessen und überprüft wird das Ergebnis der Bearbeitung im „Konzern-Messraum“ der ACTech, so bezeichnete ihn einst aufgrund seiner Größe und Ausstattung ein industrieerfahrener Beirat der ACTech GmbH. Fünf Koordinaten-Messmaschinen sind hier im Einsatz, verstärkt durch eine optische Rauheitsmessung und diverse Handmessgeräte. Die Welt der Additiven Fertigung für Formteile entwickelte sich ebenfalls weiter.

ACTech begleitete die Entwicklung der Binderjetting-Technologien von Anfang an. Neue Bindersysteme wurden zeitnah erprobt und gegenüber den etablierten Technologien abgeglichen. Für großvolumige Formteile und massive Kerne wurden geprintete Furanharzkerne zunehmend eine Alternative und ACTech investierte in den ersten Printer dieser Technologie. Für einen Umstieg auf das produktivere Printen für die hoch anspruchsvollen Kerngeometrien, welche die ACTech-Teile verlangen, stellte das hohe Festigkeitsniveau der lasergesinterten Kerne aus der Eosint S jedoch eine hohe Hürde dar. Können geprintete Kerne hier mithalten?

Im Furanharz nicht, war die Erkenntnis, deshalb setzte ACTech auf die Phenolharz-Prozesse und stieg 2016 als Beta-Kunde in den Entwicklungsprozess des kalthärtenden Phenols (KHP) von ExOne ein. Es wurde ein Erfolg. Die besonders im Postprozessing aufwendige Lasersintertechnologie wurde abgelöst. Kerne mit höherer Komplexität können gebaut werden, aus mehreren Einzelkernen wurde einer. Produktivität und Genauigkeit, oft gegenläufige Kriterien, wurden gesteigert.

Was ist der Spirit von ACTech?

Die Entwicklung von Technik und Firmenausstattung ist eine Sache, aber wie ist die innere Mechanik der Firma, die in 25 Jahren von drei auf immerhin knapp 400 Mitarbeiter gewachsen ist? Was zeichnet sie wirklich aus? Und was sind die Begriffe, mit denen ACTech selbst seine DNA erklären könnte.

Demarczyk muss nicht lange nachdenken für seine Erklärung. „Bei der ACTech sind alle per Du – irgendwie eine große Familie.“, sagt der Geschäftsführer, der seit 1997 an Bord ist und damit fast die gesamte bisherige Wegstrecke des Freiberger Unternehmens mitgestaltet hat. „Unsere Mitarbeiter schätzen die kollegiale und vertrauensvolle Arbeitsatmosphäre. Und natürlich die Faszination, an innovativen und anspruchsvollen Produkten der Zukunft zu arbeiten – und das täglich.“

In einem Unternehmen, das sich modern aufstellt und an der Spitze der technischen Entwicklung operiert, gehören dazu folgerichtig auch Themen wie interne Kommunikation und Organisationsentwicklung. „Wir hinterfragen uns, unsere Struktur, unsere Methoden – und entwickeln sie immer weiter“, sagt Geschäftsführerin und Kaufmännische Leiterin Cornelia Bahr. Dazu gehören beispielsweise agile Arbeitsweisen. ACTech wagte bereits 2018 die ersten Schritte in eine agile und vom Mitarbeiter selbst zu verantwortende Arbeitsgestaltung. In einigen Teams wurden agile Arbeitsmethoden in Pilotprojekten erprobt, fortwährend justiert und lessons learned in andere Bereiche der ACTech weitergegeben.

Das Unternehmen ist derzeit dabei, diese agilen Methoden weiter auszubauen und in weiteren Bereichen zu etablieren. Passend zur Philosophie der Nachhaltigkeit bildet ACTech selbst aus – und zwar zur Gewinnung von Fachkräften für den eigenen Bedarf. Die Ausbildung ist geprägt von einer intensiven Zusammenarbeit mit den Berufsschulen und überbetrieblichen Ausbildungszentren vor Ort. Zudem steht jedem Auszubildenden ein erfahrener Mentor im Unternehmen zur Seite - ein persönlicher Ansprechpartner für die Zeit der Ausbildung und danach.

ACTech unterstützt ihre Auszubildenden in einem unternehmensübergreifenden Verständnis der Zusammenarbeit und schafft Projekte, bei denen die Interdisziplinarität erlernt werden kann. So wurden bisher 114 junge Menschen ausgebildet, in Berufen wie Gießereimechaniker, Zerspanungsmechaniker, Industriemechaniker, Fachkraft für Metalltechnik und Werkstoffprüfer. Derzeit befinden sich 26 Auszubildende in neun verschiedenen Berufen in der Ausbildung.

Schnelligkeit bleibt großer Trumpf

Schnelligkeit in allen Prozessen auszuprägen war und ist der Anspruch der ganzen Firma: ein Vertrieb, der innerhalb von 48 Stunden anbietet, ein schlagkräftiges CAD-Konstruktionsteam, über 20 Ingenieure aus Gießerei und Bearbeitung zur Betreuung der Kundenprojekte, die sofort loslegen, wenn der Kunde seinen Auftrag platziert. Bestens qualifizierte und versierte Mitarbeiter in Formherstellung mit 3-D-Druck, Gießerei, CNC-Bearbeitung und Qualitätssicherung sind diejenigen, die die Teile real werden lassen.

„Hier haben wir ein super Niveau erreicht in der Kombination handwerklicher Meisterschaft mit modernster Technologie. Unsere „all in“-Strategie zahlt sich aus, die wichtigen Prozesse im Haus zu haben und zu beherrschen, dabei wollen wir nicht nachlassen“, definiert Geschäftsführer Ray Wünsche eine ganz wesentliche Stärke und nennt die Investition in den neusten S-Max Pro-Drucker von ExOne als Beispiel.

Die weitere Zukunft nach dem Jubiläum

„Einen wichtigen Aspekt für die Zukunft sehen wir im Ausbau des Additive Manufacturing in der Gießerei“, blickt Demarczyk nach vorne, „Hiermit kann die Gestaltungsvielfalt der Gießereitechnologie in Geometrie und Werkstoff weiter erhöht werden.“ So legen schließlich Prototypenteile den Grundstein für spätere Serien und die sind effizient durch Gießen herstellbar. Mit diesem konsequenten Einsatz der additiven Fertigungstechnologien steht ACTech im Gleichklang mit der Muttergesellschaft Materialise, einem international agierenden, belgischen Unternehmen, welches 2017 ACTech erwarb und als Wegbereiter des 3-D-Druck in vielen Branchen steht. Mit diesem Investor im Rücken kann ACTech die kommenden Jahre angehen – für ein weiteres erfolgreiches Vierteljahrhundert.

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