Enabler der Konstruktion 3D-Druck-Teile auf Machbarkeit prüfen

Die Produktion von heute ist gekennzeichnet durch die zunehmende Digitalisierung und den Einsatz neuer Technologien. Welche Rolle Spritzguss, 3D-Druck und automatisierte Machbarkeitsanalysen dabei spielen, erläutert Daniel Cohn, General Manager bei der Proto Labs Germany GmbH.

konstruktionspraxis: Herr Cohn, wo liegt der Fokus von Protolabs?

Wir sehen uns als Problemlöser. Das war die Kernidee der Firmengründung. Die Entwicklungszeiten für Prototypen im Spritzguss sollten drastisch gesenkt werden. Über eine komplexe Software wurde der gesamte Ablauf von der Angebotserstellung bis hin zur Lieferung automatisiert und gesteuert. Lieferzeiten konnten so von ehemals drei Monaten auf 24 Stunden reduziert werden. Von damals bis jetzt sehen wir uns in der Rolle, unseren Kunden dabei zu helfen, ihre time to market drastisch zu reduzieren, einfach um wettbewerbsfähiger zu sein und um Lieferkettenabbrüche zu kompensieren.

konstruktionspraxis: Lassen Sie uns das Thema 3D-Druck vertiefen. Welche Rolle spielt das Verfahren?

Der 3D-Druck ist bei Protolabs noch relativ jung. 2014 wurde dieser Bereich über eine Firmenakquise ins Unternehmen geholt. Aufgrund seiner Möglichkeiten spielt er jedoch eine große Rolle. Der 3D-Druck ist heute ein sehr wichtiger und der am stärksten wachsende Teil unserer Kompetenzfelder. Wir sehen diesen Bereich auch als einen der Hauptwachstumsmärkte der Zukunft, nicht nur mit Blick auf Prototypen im Kleinserienbereich sondern in der weiter entfernten Zukunft auch im Volumenproduktionsbereich.

konstruktionspraxis: Können Sie klassische Anwendungen nennen?

Neben den typischen Anfragen zu schnell verfügbaren und funktionellen Prototypen erhalten wir immer häufiger auch Anfragen zum 3D-Druck von Kleinserien komplexer Teile im Bereich des Maschinenbaus, der Medizintechnik oder des Fahrzeug- und Flugzeugbaus. Der Fokus liegt hier oft auf zusammengefassten Montagebaugruppen. Beispiele sind Baugruppen, die aus 8 bis 10 Bauteilen bestehen, welche gefräst oder spritzgegossen werden, dann mit Dichtungen versehen, miteinander verschraubt und geprüft werden. Solche Komponenten können komplett und in einem Teil im 3D-Druck hergestellt werden. In so einem Fall habe ich nicht nur die Mehrkosten des Verfahrens kompensiert, sondern nutze es auch so, wie es effizient und angedacht ist. Ganz klassisch dafür sind komplexe Luftführungen in Maschinen oder auch Wärmetauscher. Ein weiteres wichtiges Argument für den 3D-Druck ist die breite Materialnutzung, sowie die Nutzung verschiedenster Kunststoffe, die beispielsweise durch die Zugabe von Metalllegierungen vielfältige Funktionalitäten haben. Durch Additive Manufacturing werden die konstruktiven Möglichkeiten deutlich erweitert, denn es können Geometrien geschaffen werden, die mit keinem anderen Verfahren hergestellt werden können.

konstruktionspraxis: Welche Herausforderungen gibt es?

Grundvoraussetzung ist immer ein stabiler und nachvollziehbarer Prozess. Fest steht: Der 3D-Druck ist kein einfaches Verfahren. Gerade im industriellen Bereich gilt es, Konstanz zu realisieren und die Prozesse unter Kontrolle zu haben, um sicherzustellen, dass die Material- und Teileeigenschaften, die dem Kunden zugesichert werden, auch gewährleistet sind. Wenn diese Basis gegeben ist, kommt es darauf an, die richtige Technologie und das richtige Material für die Herstellung der Teile zu definieren. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren, die jeweils verschiedene Stärken und Schwächen haben. Es geht also darum, das für die Anwendung passende Verfahren und Material zu wählen. Und letztendlich geht es auch um die korrekte Platzierung und Ausrichtung der Bauteile im Drucker. Ziel ist immer, reproduktiv ein optimales Teil zu produzieren. Dies stellt für den Kunden nicht nur eine hohe Qualität sicher sondern auch eine hohe Flexibilität.

konstruktionspraxis: Protolabs setzt auf automatisierte Machbarkeitsanalysen. Können Sie den Ablauf kurz beschreiben?

Wir arbeiten mit einer Angebotssoftware, die online verfügbar ist. Hier lädt der Kunde sein Bauteil hoch. Die Software prüft sofort die generelle Machbarkeit und der Kunde erhält direkt eine grafische Rückmeldung, beispielsweise auch dazu, ob es zu geringe Wandstärken und problematische Hinterschnitte gibt oder mögliche Entformungsprobleme entstehen könnten. Der Vorteil ist, dass der Kunde unmittelbar eine Rückmeldung erhält und sofort darauf reagieren und seine Konstruktion anpassen kann noch bevor er ein offizielles Angebot erhält. Es wird also nicht nur viel Zeit gespart sondern es ist auch sichergestellt, dass der Kunde genau das Teil bekommt, was er definiert und bestellt hat. In wenigen sehr komplizierten Ausnahmefällen bewerten Protolabs-Experten die Konstruktion zusätzlich. Das so stetig wachsende Know-how fließt in den Algorithmus des Systems ein.

Konstruktionspraxis-Podcast

Folge 9: Prototypen

Der konstruktionspraxis-Podcast, das Fachmagazin zum Hören, informiert schnell und unterhaltsam über spannende Technikthemen. In dieser Folge reden wir mit Daniel Cohn von Proto Labs über den Prototypenbau mittels 3D-Druck und welche Rolle automatisierte Machbarkeitsanalysen spielen.

konstruktionspraxis: Wie sieht es mit der Nachbearbeitung der Teile aus?

Wir möchten unseren Kunden ein Komplettpaket bieten. In Frage kommen hier beispielsweise hochwertige Lackoberflächen, komplexe Montagen oder Prüf- und Messprotokolle. Ein Großteil der Technik steht uns im Haus zur Verfügung. Bei sehr speziellen Aufgabenstellungen wie Röntgenuntersuchungen arbeiten wir mit externen Partnern zusammen.

konstruktionspraxis: Welchen Nutzen bietet Protolabs dem Kunden?

Wir haben eine Vielzahl an Prozessen im Haus und können dadurch auch eine große Vielfalt an verschiedensten Aufträgen umsetzen. Neben dem 3D-Druck sind dies Spritzguss und CNC-Verfahren und in den USA auch Blechbearbeitungstechniken. Gemeinsam mit dem Kunden ist es also immer möglich, das für die Bauteilfertigung genau passende Herstellungsverfahren zu definieren. Durch diese mögliche Flexibilität und das bei Protolabs vorhandene Know-how sehen wir uns in der Lage, den Kunden optimal zu beraten und zu betreuen.

konstruktionspraxis: Wie hoch ist das Kundeninteresse am 3D-Druck?

Das Interesse am 3D-Druck hat deutlich zugenommen. Bemerkenswert ist dabei, dass immer mehr Kunden das Verfahren nicht nur für den Prototypenbau nutzen möchten. Waren es vor zirka vier Jahren noch etwa 98 Prozent der Teile, die im Prototypenbereich angesiedelt waren, so sind es heute ungefähr 70 Prozent. Gefolgt wird dieser Anteil von Vorserien und Kleinserien, wobei der Medizinbereich hier einen großen Umfang einnimmt. Unsere Kunden beschäftigen sich aktiv und zunehmend mit dem Thema 3D-Druck.

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Enabler der Konstruktion

Prototypen schnell und unkompliziert fertigen

konstruktionspraxis: Welche Entwicklungen erwarten Sie zukünftig?

Wir erleben in diesem Bereich derzeit eine unglaubliche Beschleunigung des Innovationstempos. Es kommen neue Fertigungsverfahren und große neue Player auf den Markt, so beispielsweise große Chemiekonzerne, die das Thema der geeigneten Materialien auf ihre Agenda gesetzt haben. Das heißt, es wird entsprechend und in großem Umfang Materialforschung betrieben. Ich erwarte hier in den nächsten Jahren deutliche Sprünge. Die generelle Herausforderung wird es jedoch sein, den 3D-Druck im Hochvolumenbereich anzusiedeln. Als wichtige Eckpfeiler sehe ich hier die Verfahrenstechnik an sich, die Geschwindigkeit der Prozesse und die Automatisierung in der Datenvor- und Teilenachbereitung.

Vielen Dank Herr Cohn.

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