2014 für Sie... besser! mehr

Blog: Hightech Bauteile für…mehr

Best Practices

Heute. Zeit. Gewonnen.

Additive Fertigung in der Praxis

Hightech Bauteile für Formula Students RWTH Aachen.
3Dokuteam druckt Bauteile mit den 3D-Druckern  X400 Pro und X1000 v2  

Die Formula Student ist ein internationaler, studentischer Konstruktionswettbewerb, an dem bereits über 500 Teams aus allen Kontinenten der Erde teilnehmen. Aufgrund dieser enormen Resonanz ist der Wettbewerb der größte und wichtigste seiner Art. Ziel ist es, dass die Teams, die aus nur Studenten bestehen, innerhalb eines Jahres einen Rennwagen komplett konzeptionieren, fertigen und bauen, der dem Reglement der Society of Automotive Engineers (SAE) entspricht. Dabei können sowohl konventionell angetriebene Fahrzeuge, als auch elektrisch betriebene Boliden entwickelt werden.

Diese Wettbewerbe  finden auf sehr bekannten internationalen Rennstrecken statt. Letztes Jahr ist das Auto, der eace05, in Hockenheim, Silverstone (UK) und Spielberg (Österreich) gestartet, wo das Team in Silverstone mit einem Platz in den Top Five, aus 40 Startern das bestes Ergebnis erzielen konnte.

Dieses Jahr  wird das Auto der eace06, wieder an Events teilnehmen, mit dem Ziel, bei allen Events die Top Five zu erreichen. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen unterstützt auch das 3Dokuteam mit 3D-Druck-Dienstleistungen u.a. für Cellcages. Diese Käfige wurden mit den 3D-Druckern  X400 und X1000 von German RepRap mit den Kunststoffen  PLA und ABS hergestellt. ABS wurde hier auf Grund der Temperaturentwicklung im Rennwagen von über 85 Grad Celsius gewählt.

Das Gewicht, die Kostensenkung  und die gesparte Zeit  führen zu Wettbewerbsvorteilen.  Die 3D-gedruckten Cellcages sind notwendig um Batteriezellen innerhalb des Batteriecontainers zu sogenannten Stacks von jeweils 48 Zellen zusammenzufassen.

Insgesamt werden im Rennwagen 288 Zellen verwendet, die eine Spannung von 600V für das gesamte Batteriepack ergeben, die dann in 6 Stacks a 100V aufgeteilt sind, um die Gefahren bei der Wartung zu reduzieren.

Die Funktion dieser Käfige ist es, die Zellen ortsfest zu positionieren und sie so vor Beschädigung durch Bewegung zu schützen.

Des Weiteren wird für diese Saison die  gesamte Messelektronik zur Batterieüberwachung, samt Kabeln und Platinen, in diese Struktur integriert, um den Wartungsaufwand möglichst gering zu halten. Die Cellcages haben die äußeren Maße: 592mm lang, 48mm breit und 137mm hoch, wobei sie für Montagezwecke der Länge nach zweigeteilt sind.

 

 

Innovative Vorbereitung für Olympia-Ruderer

 

Team Deutschland-Achter setzt erfolgreich auf
3D Scan & 3D Druck Dienstleistungen von 3Dokuteam

 

 Der 3D-Druck und 3D-Scan stehen für Kostenminimierung, Kompetenz und vor allem für Innovation. Wichtige Faktoren, die nicht  nur auf dem unternehmerischen Markt eine ausschlaggebende Rolle spielen, sondern ebenfalls im Bereich des Leistungssports. Ein Beispiel für die Arbeit mit dem 3D-Scanner von DAVID/HP und dem 3D-Drucker X1000   von German RepRap auf der sportlichen Wettkampfebene, ist das Team Deutschland-Achter der Ruderer.

Um sich gezielt und individuell auf renommierte Wettkämpfe wie Olympische Spiele vorzubereiten,  setzen die Olympiagewinner von London (Gold) und Rio (Silber) auf die Vorteile der innovativen 3D-Technologien.

Mit Hilfe eines 3D-Scanners  werden  Modelle für einen beweglichen Rollsitz erstellt. Dieser bietet den Sitzplatz der Athleten im Ruderboot und sorgt für einen optimalen Spielraum der Beine, um den Ruderschlag zu verlängern. Dank der passenden, dazugehörigen  CAD-Software, konnten die Objekte vor Druckbeginn optimiert und vorbereitet werden. 

Als Druckmaterial
wurde das Filament  PETG eingesetzt. Dieses Material  zeichnet sich u.a. durch robustes Verhalten, Stabilität und der Möglichkeit der mechanischen Nachbearbeitung aus. „Wir sind mit der 3D- Technologie sehr zufrieden und werden in Zukunft weiterhin auf die Leistung  und den hervorragenden Service von 3Dokuteam  vertrauen“, sagt Carsten Oberhagemann, Geschäftsführer der Deutschland-Achter GmbH.

Luftfahrtindustrie

Prototypenbau einer Kamera mit dem German RepRap X400. Erweiterungsanbau einer Kamerahalterung für Hubschrauber bei Airbus Helicopters. 

Für die Anwendung von Observierungskameras steht Airbus Helicopters aktuell vor dem Projekt eines Erweiterungsanbaus von Kamerahalterungen für Ihre Hubschrauber. Diese sollen z.B. der Polizei oder Bundeswehr dabei helfen, Bewegungen am Boden verfolgen zu können. Um hier die bestmöglichsten Eigenschaften zu erlangen, werden mit Hilfe des German RepRap 3D-Druckers, dem X400, zunächst in Form von Prototypenbau versuchsweise verschiedene Möglichkeiten getestet. Dies spart sowohl Entwicklungskosten wie auch Zeit im Hinblick auf die Durchläufe.

Für den nachträglichen Anbau einer Kamera am vorderen Hubschrauber sind zusätzliche Unterstützungselemente am Kabinenrahmen notwendig. Bedingt durch den entsprechenden Einbauraum und diversen Umgebungsbedingungen wird am CAD die Kontur für ein Frästeil erstellt. Nach den Computeranimationen wird die Funktionalität mit einem Prototypen aus dem X400 3D-Drucker geprüft. Die Kamerarahmen werden schnell und kostengünstig hergestellt. So entstehen funktionale Prototypen, deren Zusammenspiel einfach zu prüfen ist. „Es sind unterschiedliche Tests erforderlich, bei denen auf die Funktionalität und Wartbarkeit eingegangen wird. Ebenfalls muss auf die spätere Eignung der Installation sowie den Herstellungsprozess eingegangen werden“, erläutert Frank Singer, Manager Vehicle System Installation Germany bei der Airbus Helicopters Deutschland GmbH.

Bei dieser Installation ist das Bauteil von mehreren Toleranzen abhängig, die im CAD nicht abgebildet sind. Eine Abschätzung zwischen CAD und realem Hubschrauber muss mit einem Prototypen (first fit check) erfolgen. Der Einbauversuch wird mit einem Prototypen aus dem 3D-Drucker X400 von German RepRap durchgeführt. So können notwendige Anpassungen einfach und unkompliziert vor Ort durchgeführt werden. Die CAD Daten werden im Anschluss an den erfolgreichen Mustereinbau angepasst. Durch den schnellen und kostengünstigen Einbauversuch kann das Serienteil „first time right“ an den Hubschrauber geliefert werden.

„Bei einer herkömmlichen Vorgehensweise würde man auf das Fräsen setzen. Dabei würde man beispielsweise ein Frästeil aus Aluminium erstellen, welches jedoch was die Kosten- und Zeitaufwände angeht, weitaus weniger attraktiv ist“, erklärt Frank Singer, Manager Vehicle System Installation Germany bei der Airbus Helicopters Deutschland GmbH.

 

 

3D-Druck

Frästeil (externe Fertigung)

Herstellungszeit

ca. 6 Stunden

ca. 2-3 Tage (ohne Lieferzeit)

Herstellungskosten

ca. 50€

ca. 120€

Wie auch die Zahlen im Vergleich sehr gut zeigen, gewährt die FDM-Technik im Gegensatz zur klassischen Herstellung vielerlei Vorteile. So lassen sich individuelle Teile mit verbesserten Funktionen herstellen, die mit konventionellen Verfahren nicht oder kaum möglich wären – vor allem aus wirtschaftlicher Sicht.

 

Florian Bautz, Geschäftsführer der German RepRap GmbH fasst noch einmal zusammen: „Anhand des Anwendungsfalls der Airbus Helicopters Deutschland GmbH sieht man sehr deutlich die Vorteile, die durch die Fertigung von Musterteilen mit unseren German RepRap 3D-Drucker entstehen. Neben der obligatorischen Zeit- und Kosten Ersparnis ermöglicht die interne Prototypenfertigung mittels FDM-Verfahren auch mehr Freiheiten im Design Prozess.“

High Performance Engineering

ahw Ingenieure GmbH Münster setzt erfolgreich auf den Service von 3Dokuteam & den X400 Pro 3D Drucker 

Der 3D-Druck steht für Kostenminimierung, Kompetenz und vor allem für Innovation. Wichtige Faktoren für Unternehmen auf dem Markt, die ihre Konzentration neben den Produkten, verstärkt auf den Kundenservice legen. Aus diesem Grund, wird die Arbeit mit dem „X400 Pro 3D-Drucker“ von German RepRap in diesem unternehmerischen Schwerpunkt immer beliebter. Auch in Nordrhein Westfalen nimmt der Einsatz des 3D-Druckers „X400 Pro“ zu, wie das international vernetzte Ingenieurbüro ahw Ingenieure bestätigt. Dank des 3D-Druckers könne das Unternehmen intensiver auf die individuellen Kundenbedürfnisse eingehen und diese zeitnah veranschaulichen.
„Wir sind mit der Technologie sehr zufrieden und werden in Zukunft weiterhin auf die Leistung des „X400 Pro“ und den hervorragenden Service von „3Dokuteam“ vertrauen.“

Dem autorisierten Systemlieferanten für 3D-Druck, liegt der Kundenservice besonders am Herzen. Deswegen stellt sich der Kundenservice bei „ 3Dokuteam“ ebenfalls individuell auf die Kundenwünsche ein. Dank der passenden, dazugehörigen  3D-Software können die Objekte vor Druckbeginn optimiert und vorbereitet werden.
Selbstverständlich vermittelt „3Dokuteam“ nicht nur den optimalen 3D-Drucker, sondern beantwortet auch gerne vor Ort spezifische Kundenwünsche und Fragen zum Produkt. Die Crew aus dem Münsterland bietet zudem einen umfassenden Vor-Ort-Service. Dieser besteht unter anderem aus einem zu Verfügung gestellten Spezialisten und Techniker. Dieser betreut neben dem Aufbau des 3D-Druckers ebenfalls die erste, fachmännische und kompetente Einweisung in die Arbeitsvorgänge.
Für eine weitere  fachkundige Unterstützung in dem Umgang mit dem Drucker, werden auf das Produkt abgestimmte  Workshops insbesondere „inhouse“ Workshops vom 3Dokuteam angeboten. „Der „X400 Pro“ ermöglicht uns, verschiedene Modelle für die unterschiedlichsten Branchen, z.B. im Sportbereich oder bei der Nutzung von BIM (Building Information Modeling), herzustellen. Dies bietet uns eine innovative Arbeitsweise, die mit dem Rund-um Service und der kompetenten Unterstützung vom 3Dokuteam, schnell und gezielt realisierbar ist“, so Prof. Dipl.-Ing.  Eric Helter von ahw Ingenieure.

Automobilzulieferer / X1000

TAKATA PlasTec GmbH druckt Prototypen für Automobilhersteller mit German RepRap X1000 3D Drucker 

Durch den Einsatz des X1000 3D Druckers von German RepRap kann die TAKATA PlasTec GmbH ab sofort die Entwicklungskosten und -dauer von Prototypen stark reduzieren. Die Musterteile müssen schnell und kostengünstig verfügbar sein, um diese dann für Konzeptstudien bei Kunden einsetzen zu können. Anhand derer besteht die Möglichkeit des einfachen und schnellen Erstellens von Vorrichtungen und Aufnahmen für die Fertigung. „Die Kosten für die externe Wertschöpfung werden reduziert und es ergeben sich Möglichkeiten, Teile zu erstellen, die bisher aufgrund von hohen Kosten eher abschreckten, um tatsächlich umgesetzt zu werden“, berichtet Kevin Rogers, Manager Application Engineering, TAKATA PlasTec GmbH.

 

Die besondere Herausforderung beim Drucken von großen Bauteilen besteht darin, die Druckvorbereitung zu optimieren. Hier können die Laufzeiten durch geschicktes Zusammenstellen und Positionieren der Teile im Druckraum minimiert werden und so die Qualität des Druckergebnisses verbessern. „Der X1000 ist der erste Drucker der für den industriellen Einsatz optimiert ist und die für Bauteile in den von TAKATA benötigten Dimensionen abdeckt. Unsere langjährige Erfahrung im Bereich 3D Druck hat sicherlich dazu beigetragen und wir freuen uns, dass sich TAKATA für unser Produkt, den X1000, entschieden hat“, erklärt Florian Bautz, Geschäftsführer German RepRap GmbH.

 

Die TAKATA PlasTec GmbH ist ein Entwicklungs- und Serienlieferant für Interieur- und Exterieur-Kunststoffsysteme in der Automobilbranche und bedient Kunden wie Daimler AG, SCANIA, DAF. Dazu gehören Türverkleidungen, Dekorblenden und Außenbeplankungen für LKW oder Gehäuseteile aus Kunststoff für Elektrogeräte im Consumer-Bereich. Durch den 3D Drucker können Musterteile im Rahmen von Entwicklungen erstellt werden, um damit Einbauversuche oder Konzeptuntersuchungen intern und beim Kunden umzusetzen.

 

 

Luftfahrtindustrie

Airbus Helicopters druckt Scheibenwischer-Prototypen mit German RepRap X400 3D-Drucker 

Die hohen Entwicklungskosten für Funktionsmodelle reduziert Airbus Helicopters künftig unter anderem mit Hilfe von 3D Druckern. Ein Beispiel dafür sind die Scheibenwischer der Helicopter. Dafür wird ein neues System entwickelt. „In diesem Zusammenhang sind viele Tests erforderlich hinsichtlich Funktionalität und Wartbarkeit sowie auch in Bezug auf Installationsfähigkeit und den künftigen Herstellungsprozess“, erläutert Frank Singer, Manager Engineering bei der Airbus Helicopters Deutschland GmbH.

Nach den Computeranimationen wurde die Funktionalität mit einem Prototypen aus dem 3D Drucker geprüft. Getriebe, Hebel und Schäfte wurden schnell und kostengünstig mit einem 3D Drucker hergestellt. Gewinde, Lager und Hülsen sind nachträglich in das 3D Modell eingebaut worden. So entstehen funktionale Prototypen, deren Zusammenspiel einfach zu prüfen ist.

Der weltweit führende Hubschrauberhersteller verwendet für die 3D Objekte einen X400 3D Drucker von German RepRap. Die Vorteile des 3D Drucks zeigen sich laut Frank Singer in wesentlich niedrigeren Kosten gegenüber herkömmlichen Herstellungsmethoden wie CNC-Fräsen und in der Möglichkeit, dem Kunden bereits in einem frühen Entwicklungsstadium nicht nur eine CAD-Zeichnung, sondern ein funktionales Modell präsentieren zu können.

AUTOMOTIV

Automobil-Konstrukteur Thomas Pazulla wechselt beim Prototyping vom Lasersintern zum 3D-Druck mit PLA

Feldkirchen b. München/Nottuln, Januar 2015 – Bei dem Automobil-Konstrukteur Thomas Pazulla Technische Dienstleistungen kommen die Prototypen künftig aus dem 3D-Drucker, und zwar genau genommen aus dem 3D-Drucker X400 von German RepRap. Große Teile wie diesen Teilbereich einer Türverkleidung mit Armlehne, die ein Format von 650 x 450 mm hat, fertigt er in mehreren Stücken. Anschließend werden sie zusammen geklebt und geschliffen.

Die Entscheidung, für die ersten Produktentwürfe vom Lasersintern auf 3D-Druck im Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication) zu wechseln, war nicht nur eine Kostenbetrachtung. „Die Teile sind verglichen mit den gesinterten Prototypen viel stabiler“, so Thomas Pazulla. „An dem Objekt befinden sich Haken, die sind vorher immer abgebrochen.“ Pazulla druckt in PLA, einem sogenannten Biokunststoff. 

PLA ist der am häufigsten verwendete Kunststoff im 3D-Druck. Gegenüber dem im Prototyping bekannteren ABS weißt PLA einen geringeren Wärmeverzug auf und eignet sich daher besser für den Druck mit RepRap-3D Druckern wie dem X400 von German RepRap. Der Grund ist die geringere Drucktemperatur, die darüber hinaus zusätzlich Energie spart. Der E-Modul-Wert liegt bei ca. 4000 MPa. „Der X400 arbeitet sehr maßgenau. Ich habe auf 200mm maximal 4-5/100tel Abweichung. Das genügt völlig“, so der Konstrukteur. Thomas Pazulla hat mit einem X400 3D-Drucker angefangen.

Mittlerweile sind die Aufträge so zahlreich geworden, dass er einen kleinen X400 3D-Drucker-Park betreibt. „Meine Kunden wechseln von Lasersinterteile zu 3D-Druck-Teilen aus PLA.“

Prototypen

Lindner Group druckt vor dem Bau in 3D. 

Die Lindner Group, ein Familienunternehmen mit Sitz im niederbayerischen Arnstorf, ist Europas Europas führender Spezialist in den Bereichen Innenausbau, Fassadenbau und Isoliertechnik. Das Unternehmen zählt zirka 6000 Mitarbeiter, zu denen auch Benjamin Kapfinger und Hermann Straubinger aus der Abteilung CAD-Systembetreuung gehören. Dort ist seit letztem Jahr auch das Thema 3D-Druck angesiedelt.

Häufig sind Prototypen zu fertigen, zum Beispiel von Strangpressprofilen für Kabeldurchführungen. Diese hat man in der Vergangenheit aus Vollmaterial erodiert. „Das waren Kosten von 800 bis 1000 Euro nur für ein Funktionsmuster“, so CAD Systembetreuer Benjamin Kapfinger. Man wollte mit 3D Druck schneller und günstiger sein.

Nach einer ausgiebigen Marktbeobachtung entschied man sich bei der Lindner Group für einen German RepRap 3D-Drucker X400. Eines der wichtigsten Kriterien war der Bauraum in Kombination mit einem günstigen Preis. „Neben dem Preis hat uns bei German RepRap vor allem die Kompetenz der Mitarbeiter dort überzeugt“, sagt Kapfingers Kollege, Hermann Straubinger.

Es gibt nicht viele Formen, die die beiden noch nicht gedruckt haben. Benjamin Kapfinger hält den Detailausschnitt einer Deckenverkleidung mit Rosetten in ca. 30 x 20 cm Größe in der Hand. „Das haben wir dem Kunden vorgelegt. Das Original wird später tiefgezogen und vergoldet.“

Auch Türdichtungen kommen in der Entwurfsphase bereits aus dem 3D-Drucker. Sogar ein komplettes Modell einer Dachkonstruktion im Maßstab 1:25 wurde bereits gedruckt.

 „Wir hatten noch nie so richtig schlechte Ergebnisse.“ Man habe schon öfters 24 Stunden durchgedruckt – ohne Probleme. Die Maßgenauigkeit sei sehr gut. Die Schichtstärke werde nicht einmal ausgenutzt. „0,25 mm Schichtstärke sind zu 99 Prozent ausreichend“, so Hermann Straubinger. Am wichtigsten sei die Genauigkeit der X- und Y-Achse, und dass kein Versatz der Lagen übereinander entstehe.

Der Dienst wird von den Abteilungen gerne angenommen, mit steigender Tendenz. Mittlerweile kämen auch Anfragen in Richtung Kleinserienproduktion von bis zu 1000 Stück.

Druck von Ersatzteilen & Prototypen

Durch den German RepRap X350Pro werden Herstellungskosten halbiert: die Pilz GmbH nutzt die Vorteile der 3D-Druck Technologie und setzt auf das CFK verstärkte Material Carbon20

Die Produktentwicklungs-, Initiativ- und Lehrzentrum Finsterwalde/Lausitz GmbH, kurz Pilz GmbH, nutzt den German RepRap 3D-Drucker X350Pro seit fast einem Jahr und erreicht damit große Vorteile in Bezug auf die Herstellungsgeschwindigkeit sowie die Kosten. Eingesetzt wird die 3D-Druck Technologie vor allem für Prototypen und Erstmuster von kleineren Baugruppen. Gelegentlich wird ebenfalls versucht metallische Werkstücke durch Kunststoffteile zu ersetzen. Zusätzlich wird der 3D-Druck kommerziell in der Ersatzteilversorgung von Kunststoffbauteilen angeboten.

Die Pilz GmbH gilt als kompetenter Partner im Bereich Metallverarbeitung. Als Lohnfertiger stellt die Pilz GmbH unterschiedlichste Produkte maßgeschneidert für Ihre Kunden her. Dabei reicht das Spektrum von Laserteilen über Kantbleche und Schweißbaugruppen bis hin zu Dreh- und Frästeilen. Die Stärken liegen vor allem im Ratiomittelbau. Durch den modernen Maschinenpark und einer eigenen Konstruktionsabteilung kann hohe Qualität gewährleistet werden. „Besonders stolz sind wir auf unser Lehrzentrum, in dem wir den Schülern der Region jedes Jahr den Umgang mit dem Werkstoff Metall näherbringen“, sagt Torsten Lehmann, Geschäftsführer der Pilz GmbH. Um immer up-to-date sein zu können und den Ansprüchen der Kunden gerecht werden zu können, hat man sich Ende letzten Jahres nun auch dem Thema 3D-Druck zugewandt. „Als Lohnfertiger und Produktentwicklungszentrum müssen wir technisch immer vorn mitspielen. Der 3D-Druck kommt langsam aber stetig in den Kundendiskussionen zur Sprache. Damit wir hier nicht den Anschluss verpassen haben wir uns für den Einstieg in diese Technologie entschieden.“ Für German RepRap habe man sich einvernehmlich entschieden, allerdings war es „Liebe“ auf den zweiten Blick, erklärt Torsten Lehmann: „Für uns stand fest, dass wir einen 3D-Drucker kaufen wollen und bei der Formnext haben wir uns dann verschieden Modelle angeschaut. Nach dem wir den German RepRap Stand dann das zweite Mal umrundet hatten waren wir uns einig, dass wir mit dem X350Pro unsere Vorstellungen wahrscheinlich am besten umsetzen werden können. Bis heute sind wir von dieser Vorstellung auch nicht enttäuscht worden.“

Die Vorteile durch den Einsatz des X350Pro sind vor allem in der Herstellungsgeschwindigkeit für Prototypen und Funktionsmuster zu finden. Hier können mehr als 75 % der Durchlaufzeiten gespart werden. Auch Kostentechnisch bringt der Einsatz der 3D-Technologie Vorteile mit sich - die Muster aus dem 3D-Drucker liegen nur rund bei der Hälfte im Vergleich zur konventionellen Fertigung. Für die Fertigung nutzt die Pilz GmbH besonders zwei Materialien: PLA und Carbon20. PLA wegen seiner einfachen Verarbeitung, bei der fast keine Nachbearbeitung nötig ist, und Carbon20 vor allem wegen seiner technischen Eigenschaften. Der Kohlefaserverstärkte Kunststoff ist geradezu das Synonym für extrem leichte und widerstandsfähige Bauteile – der Werkstoff ergibt sehr steife Bauteile, beispielsweise für die funktionalen Prototypen. Zum Thema Materialien schmunzelt Herr Lehmann: „So wie von German RepRap beschrieben und geschult hat jedes Material seine eigenen Stärken und Schwächen. Das Finden der geeigneten Druckparameter bringt hier den entscheidenden Wettbewerbsvorteil und stellt im gewissen Maße ein Geschäftsgeheimnis dar.“

 

 

Produktionsprozess verbessern

ReitlingerEngineering reduziert Entwicklungskosten einer Etikettiermaschine durch 3D-Druck und Reverse Engineering

Das Konstruktionsbüro ReitlingerEngineering GmbH+Co. KG, Weinstadt-Endersbach, ging mit Reverse Engineering und 3D Druck einen neuen Weg in der Entwicklung einer Etikettiermaschine. Verglichen mit alternativen Verfahren ergab sich eine flexible, schnelle und kostengünstige Lösung.

Damit die Etiketten von der Maschine korrekt auf das zu etikettierende Produkt geklebt werden, muss dieses in der Station immer gleich ausgerichtet sein. Das erfolgt mit Hilfe von zwei Ausrichtbacken, die das Produkt von beiden Seiten formschlüssig umfassen. Die dazu erforderlichen 3D-CAD-Modelle sind oft schwer vom Produkthersteller zu bekommen. „Die exakte Geometrie wird aber zwingend benötigt und das Nachmodellieren ist sehr aufwendig und zeitintensiv“, erläutert Konstrukteur Matthias Körner. Oft war dies allerdings der einzige Weg: Es wurde manuell gemessen und die Geometrie dann manuell ins CAD-System übernommen. Die daraus konstruierten Kunststoffplatten, die der Produktgeometrie auf diesen Ebenen entsprachen, wurden anschließend aus gleitfähigem Kunststoffmaterial CNC-gefräst und in einer Universalhalterung aus Aluminium montiert. Ein solches Vorgehen war aufwändig. Deshalb suchte man bei ReitlingerEngineering nach einer schnelleren und kostengünstigeren Lösung. Die fand man in Reverse-Engineering per 3D Scanner und dem anschließenden Ausdruck mit einem German RepRap X350 3D Drucker als dreidimensionales Objekt.

Statt die Form der zu etikettierenden Produkte per Hand zu modellieren, scannt das Konstruktionsbüro die Originale mit einem David SLS-2 3D Scanner. Diese so erfassten Daten werden in ein CAD-Modell umgewandelt und als Basis für die Konstruktion der Ausrichtbacken verwendet. Dieser Prototyp wird später auf dem X350 3D Drucker ausgedruckt.  

Gusskern aus dem 3D-Drucker

Gusskern aus dem 3D-Drucker - Carl GmbH reduziert Herstellkosten

Ein X400 3D Drucker reduziert bei dem Brennereianlagen-Hersteller Carl GmbH die Herstellkosten. Die Carl GmbH fertigt seit über 140 Jahren Anlagen für Brennerei, Destillation und Brauerei. Die Schwaben liefern und installieren ihre Anlagen in der ganzen Welt. Als der Auftrag einer irischen Whisky-Brennerei kam, ging man neue Wege und setzte auf Kupferguss. Der Gusskern dafür wurde mit einem X400 3D Drucker von German RepRap gefertigt.

Die neue Anlage sollte in zwei Brennkesseln über 10.000 Liter Maische fassen. Die Herausforderung war, in dieser Größenordnung eine schöne Verbindung zwischen dem Kessel und der Kühlung herzustellen. Verwendet wird dafür ein Kupfer-Rohr, das allerdings eine konische und gebogene Form aufweist und an beiden Enden Flansche hat. Ein Bogen hat etwa ein Format von 97 x 63 cm und am größeren Flansch einen Rohrdurchmesser von 43 cm.

„Der normale Weg wäre gewesen, das Kupfer mit Hammer und Amboss in ca. sechs Wochen Arbeit per Hand in Form zu dengeln“, erklärt Thomas Keller, der das Projekt auf der technischen Seite unter seiner Fittiche hatte. Die Kosten dafür: mehrere Zehntausend Euro, und das mal zwei, da jeder Kessel einen Bogen zum Kühler benötigt.

So kam die Alternative Kupferguss ins Spiel. Das Hauptproblem fasst Keller zusammen: „Wie komme ich kostengünstig an eine Form?“ Fräsen bzw. fräsen lassen einer Form hatte sich bei der Kalkulation als ebenso unwirtschaftlich herausgestellt wie das Dengeln per Hand.

Nach einigen Recherchen kam Thomas Keller zu dem Schluss, dass sich ein Versuch lohnen würde, den Gusskern für den Sandguss mit Hilfe eines 3D-Druckers herzustellen. So machte er sich seinen Angaben zufolge auf die Suche nach einem 3D-Drucker mit dem besten Preis-Druckraum-Verhältnis. Gekauft wurde schließlich ein X400-Modell des deutschen Herstellers German RepRap.

Da sich die beiden Bögen trotz des großen Druckraums nicht im Ganzen drucken lassen, wurden sie in 22 bzw. 16 Teile zerlegt. So hatten sie eine druckbare Größe. Der gedruckte Gusskern besteht aus zwei Hälften. Die Einzelteile werden zusammengeklebt und verspachtelt. Schließlich wird das gesamte Modell wieder abgeschliffen. Bereits in der Konstruktion der 3D-Druck-Modelle wurden Ansätze für die anschließende Wachsfolie berücksichtigt, die als verlorenes Modell später ausgeschmolzen wird. Nach dem Ausschmelzen des Wachses wird das flüssige Kupfer gegossen. So entsteht durch 3D-Druck und Sandguss ein individuell geformter Kupferbogen. Keller druckte seine Gusskerne mit PLA. Diese Polymilchsäuren (Polyactide)werden bei 210°C geschmolzen und in dünnen Schichten von ca. 0,1mm zu einem 3D-Objekt aufgebaut. „PLA lässt sich einfach drucken und liefert sehr zuverlässige Ergebnisse“, so Keller zu seiner Wahl. Mit einer Geschwindigkeitseinstellung von 50 mm/s und 250%, also 125 mm/s, war ein Teil nach 2,5 Tagen Druckzeit fertig. Der neue Fertigungsprozess rechnete sich. Mittlerweile steht ein zweiter X400-Drucker bei der Carl GmbH. 

Möbelindustrie

Popp Group druckt komplette Türscharniere mit dem 3D-Drucker

Mit 3D-gedruckten Türscharnieren unterstützte die Popp Group, Forchheim, ihren Kunden aus der Medizintechnik, der im Zuge eines Cost-Down-Verfahrens die Herstellkosten für Zubehörschränke  reduzieren wollte. „Ziel war ein einstellbares Scharnier, bei dem viele Gleichteile verwendet werden können, um so die Produktionskosten zu senken“, so Holger Ried, Technischer Produktdesigner, der das Projekt bei der Popp Group verantwortlich betreute. „Man kann bereits in der Entwicklungsphase viel Geld einsparen.“ Die Popp Group hat viel Erfahrung in der Herstellung von Möbelteilen. So kommt das Unternehmen schließlich historisch gesehen aus dem Möbelbau.

Dem Endprodukt gingen viele Handzeichnungen voraus, bis die grobe Richtung feststand. Anschließend wurden die Entwürfe mit SolidWorks© in 3D konstruiert, als Vorbereitung für das spätere Ausdrucken in PLA Kunststoff. Die Popp Group druckte für ihren Kunden zur Veranschaulichung  und zu Testzwecken immer gleich mehrere Funktionsmodelle auf einmal, damit diese auch in Anschauungsmodellen präsentiert werden konnten. Verglichen mit den früher eingesetzten 3D-Druck Verfahren war das mit dem German RepRap X400 3D-Drucker günstig möglich. Durch seine Druckfläche von 40 x 40 cm konnten mehrere Prototypen gleichzeitig gedruckt

werden. Holger Ried: „Lasersintern oder CNC fräsen ist verglichen mit dem 3D-Druck sehr teuer.“ Drucken in Gips hatte man ebenfalls versucht, aber wegen der im Vergleich hohen Unterhaltskosten der Drucker wieder verworfen.

Änderungswünsche lassen sich dank 3D-Druck schnell umsetzen und die neuen Modelle innerhalb kürzester Zeit den Kunden vorlegen. Vorher musste man oft eine Woche auf einen Prototyp warten, um dann festzustellen, dass das Design noch einmal verändert werden musste. Heute verkürzt sich die Prototypenfertigung, abhängig vom Modell, von einer Woche auf acht Stunden. Auch die Kunden schätzten die neue Möglichkeit, schnell die Entwürfe in der Hand halten zu können.

„Ich war schon immer ein Verfechter des 3D-Drucks“, erinnert sich Ried rückblickend. Der X400 von German RepRap war schnell der Favorit aufgrund seines Preis-Leistungsverhältnisses. Seit einem guten halben Jahr läuft der X400 fast ohne Pause.

 

 

3D Druck reduziert 50% der Kosten

Hersteller von Brustprothesen druckt Gusskerne mit X400

Feldkirchen b. München/Nottuln, April 2015 –  Betrachtet man das Thema 3D-Druck, sieht man in der Industrie einen Trend: Projekte, insbesondere F&E Projekte, die früher von Dienstleistern erledigt wurden, selbst in die Hand zu nehmen. So geschehen bei dem Mieder- und Bademoden-Hersteller Anita Dr. Helbig GmbH, Brannenburg, der einen X400 3D-Drucker von German RepRap für den Formenbau orthopädischer Produkte einsetzt und so gut fünfzig Prozent der Kosten für die Werkzeugherstellung reduziert.

Die Anita Dr. Helbig GmbH gehört damit zu der kleinen, aber innovativen Gruppe  der Early Adopters, zu den 12%, welche den Analysten von Tech Pro im Rahmen einer Umfrage unter 624 Unternehmen in den USA bestätigt haben, bereits aktiv 3D Drucker im Unternehmen zu nutzen. Die Produktentwicklung umfasst bei der Anita Dr. Helbig GmbH nämlich nicht nur die textilen Stoffe, sondern auch die Entwicklung der Werkzeuge, die nötig sind, um diese Waren in Form zu bringen.

Der Junior-Chef des Unternehmens hatte die Formen für Siliconprothesen im Auge, sogenannte Epithesen.  „Die Formen verändern sich ständig, wir benötigen laufend Werkzeuge für circa 10 verschiedene Typen in 100 verschiedenen Größen“, so Georg Weber-Unger jun.

Der X400 3D-Drucker von German RepRap hat die Werkzeugherstellung für diese Prothesen völlig verändert. Früher hat man mit Hilfe einer Holzvorlage ein GFK-Muster erstellt. Diese wurde dann per Hand in zweiwöchiger Arbeit gespiegelt, bis daraus eine Aluform entstand, in die das Silicon gegossen wurde. „Die beiden Seiten waren nie eins zu eins gleich“, erinnert sich der Geschäftsführer. Nun reicht es, eine Form im CAD-Programm herzustellen, digital zu spiegeln und dann auszudrucken. Dafür wird die Innenkontur der Alu-Form mit einem 3D Scanner abgescannt. Die einzelnen Scans setzt ein Mitarbeiter im CAD-Programm zusammen und konstruiert per Hand nach. Anschließend spiegelt er die fertige Form quasi per Knopfdruck.

Die Druckersoftware wandelt die Datei in ein vom 3D Drucker lesbares Format um. Das geschieht über den sogenannten Slicer. Er zerlegt das CAD-Modell in sogenannten G-code. Aus dem 3D-Drucker kommt nach wenigen Stunden eine Kopie des künftigen Werkzeugs.

Bei der Anita Dr. Helbig GmbH druckt man ausschließlich in PLA. PLA ist ein Biokunststoff und besitzt eine hohe Festigkeit. Von dem PLA-Modell wird zuerst ein Sandabruck erstellt. Mit der daraus entstandenen Gussform stellt eine Gießerei die Alu-Werkzeuge her. Im Gegensatz zu früher, wird also nicht mehr gefräst, sondern einfach gegossen. Weber-Unger: „Das neue Verfahren bringt uns eine Ersparnis von
ca. 50 Prozent.“

 

 

Funktionsmuster

Innovatives Zubehör jetzt schneller im Markt
Hama: Durch 3D-Druck X400 ist innovatives Zubehör jetzt schneller im Markt. 

Feldkirchen b. München/Nottuln, Juli 2015 - Wer kennt Hama nicht - den Zubehörspezialisten aus dem schwäbischen Monheim. Es gibt kaum ein Elektronikgerät, für das Hama nicht mindestens ein dafür passendes Zubehör im Angebot hat – und das quasi an jeder Ecke. Die Geschwindigkeit, in der neue Elektronikgeräte auf den Markt kommen, gibt auch bei Hama das Tempo vor. Auch in der Produktentwicklung, die mit Hilfe eines X400 3D Druckers von German RepRap die Entwicklungszeiten sowohl des Produkts als auch der Verpackung verkürzt und die Kosten dafür reduziert hat. 

Bevor ein fertiges Produkt in den Handel kommt, sind einige Entwicklungsstufen zu durchlaufen. Einer der ersten, der eine Neuentwicklung in den Händen hält, ist Nils Krietenstein, seines Zeichens Leiter der Produkt-Design Abteilung bei dem mittelständischen Unternehmen. Denn was tags zuvor noch ausschließlich als CAD-Zeichnung existierte, findet sich am nächsten Morgen als ausgedrucktes 3D Modell auf dem Druckbett des X400 3D Druckers von German RepRap, etwa von einer Maus – für den Computer, versteht sich.

„Seit wir den 3D Drucker verwenden, geht die Produktentwicklung viel effizienter von statten“, so Krietenstein. Computer-Mäuse seien ein gutes Beispiel. Die ersten in 3D gedruckten Muster würden zur Bewertung der Ergonomie eingesetzt. „Zuvor mussten wir die Daten zu unseren Produktionspartnern nach Fernost schicken und warten, bis das Muster von dort zu uns geschickt worden ist. Änderungen waren in diesem Prozessablauf sehr zeitaufwändig. Mittels des 3D-Drucker können nun Änderungen und Anpassungen sehr viel schneller durchgeführt und bewertet werden“.

Die ersten Mäuse kommen in weißem PLA auf die Welt. „In weiß ist das Design mit am besten zu beurteilen“, erläutert Krietenstein die Farbwahl. Gedruckt wird mit einer 0.4 Düse und 0,25 mm Schichtauflösung und der Software Simplify3D.

Bei einem Produkt-Facelift werden üblicherweise ein bis zwei Modellvarianten aus dem 3D Drucker ausgedruckt um diese dann zu beurteilen. Bei einer Neuentwicklung können es schon fünf bis zehn Modelle werden, bis das optimale Design im Hinblick auf Ergonomie, Optik und Funktionalität gefunden worden ist.

Das Hama Produkt Design druckt nicht nur Mäuse in 3D. Auch USB-Sticks, Kopfhörer, Zeitschaltuhren und vieles mehr aus der umfangreichen Produktpalette – plus der dazugehörigen Verpackung. „Zu 60% nutzen wir den 3D Drucker für die Entwicklung der Zubehörteile, die restlichen 40% entfallen auf die Prototypen der Verpackung.“

Um die Produkte bestmöglichst in der Verpackung zu präsentieren, werden dafür sogenannte Innertrays hergestellt, die das Produkt in der Verpackung positionieren. Für den Innertray-Prototyp kommt die Form ebenfalls aus dem X400 3D Drucker. Diese wird noch geschliffen und speziell beschichtet. Krietenstein: „Darüber ziehen wir dann die Folie tief und stellen so eine Handvoll Verpackungsmuster her um die Verpackung dann im Team an der simulierten Verkaufswand zu beurteilen.“ Das sei wesentlich günstiger und umweltfreundlicher als alternativ ein Werkzeug für diesen Zweck aus Aluminium zu fräsen. „Damit können wir bis zu zehn Formen drucken, teilweise mehr. Für den Fall, das etwas noch nicht so optimal sein sollte können wir einfach und schnell eine neue Tiefziehform über Nacht ausdrucken“

3D Druck wird also bei Hama für Formenbau und Produktentwicklung eingesetzt. Für Nils Krietenstein die ideale Technologie für die erste Projektphase, da es ein sehr kostengünstiges Verfahren ist. „Wichtig ist ja nicht nur der Preis des Druckers im Verhältnis zum Bauraum, sondern auch die jährigen Unterhaltskosten.“ Da punkten diese Drucker, die wartungsfreundlich sind und deren Verschleißteile wenig kosten. Hinzu kommt der im Verhältnis zu Lasersinteranlagen günstige Preis für das Druckmaterial. Ein Prototyp kommt hier auf wenige Cent.

Bei Hama ist man deshalb  mit der Entscheidung pro 3D Druck und pro X400 recht zufrieden. Die Produktentwicklung hat sich beschleunigt und die Kunden erhalten schneller innovatives Zubehör für ihre Handys oder Computer. Erst in der Endphase wird ein neues Produktmuster gesintert oder ein Tiefziehwerkzeug aus Aluminium gefräst.

 

 

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