3D-Druck Freidenker gesucht

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Additive Manufacturing dringt immer mehr in die Kleinserienfertigung vor. Das erfordert ein Umdenken der Konstrukteure, die sich von den Beschränkungen der bestehenden Produktionsverfahren lösen müssen.

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Das Herzstück des größten 5D-Kinos der Welt in China sind 1000 Sitze mit Special-Effects-Armlehnen. Aus ihnen strömen Duftstoffe, Wasserdampf, Licht und Luft.
Das Herzstück des größten 5D-Kinos der Welt in China sind 1000 Sitze mit Special-Effects-Armlehnen. Aus ihnen strömen Duftstoffe, Wasserdampf, Licht und Luft.
(Bild: Kraftwerk Living Technologies)

Täglich gehen bei 1zu1 Prototypen derzeit Anfragen für die Serienfertigung von Teilen in 3D-Druck ein. „Vor einem Jahr war das höchstens einmal im Monat der Fall“, schildert Vertriebsleiter Thomas Kohler. Er ist überzeugt: 3D-Druck dringt von der Fertigung von Prototypen und Einzelteilen gerade in den Produktionsmarkt vor.

Doch viele Anfragen sind für die Additive Fertigung uninteressant: Einen eingespielten Produktionsprozess einfach durch 3D-Druck zu ersetzen, ist kaum rentabel. „Wenn ich ein Drehteil konstruiert habe, bin ich mit Drehen immer billiger“, bringt es Kohler, auf den Punkt. Nur wenn Konstrukteure die Möglichkeiten des 3D-Drucks wirklich nützen, entsteht echter Mehrwert.

Spektakuläres 5D-Kino

Deutlich wird das bei einem Kunststoffteil, das der österreichische AV-Systemintegrator Kraftwerk Living Technologies bei 1zu1 Prototypen fertigen ließ. Das 70 Mitarbeiter zählende Unternehmen aus Wels realisiert weltweit außergewöhnliche audio-visuelle Systemlösungen. Im vergangenen Jahr lieferte Kraftwerk Living Technologies beispielsweise die komplette Technik für das größte 5D-Kino der Welt in China.

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Sein Herzstück sind 1000 bewegliche 4D-Kinositze. Die von Kraftwerk Living Technologies entwickelten Sitze sind mit Spezialeffekten wie Vibration, Gerüchen sowie Luft- und Wasserstößen in den Nacken beziehungsweise ins Gesicht ausgestattet. Gemeinsam mit weiteren im 5D-Kino verbauten Spezialeffekten wie Regen, Nebel oder speziellen Lichteffekten sorgen sie dafür, dass sich der Besucher mitten im Geschehen des gezeigten 3D-Films wähnt.

Armlehne mit Special Effects

In China setzte Kraftwerk Living Technologies erstmals die neu entwickelte und bis dato einzigartige Special-Effects-Armlehne für die 4D-Sitze ein. Luft-, Wasser- oder Geruchseffekte strömen direkt aus dieser Armlehne und werden somit erstmals in die unmittelbare Nähe des Besuchers gebracht.

„Wir hatten die Aufgabe, ein hochkomplexes Bauteil auf kleinstem Raum zu realisieren“, schildert der technische Geschäftsführer von Kraftwerk Living Technologies, Christian Hofer. Die Auslässe sind nur etwa 6 Zentimeter breit, 5 Zentimeter hoch und 4 Zentimeter tief. Sie wurden eigens für die hochmodernen 4D-Sitze konstruiert. Insgesamt 1500 Stück benötigte das Unternehmen alleine für das Projekt in China.

Hochkomplexes Bauteil

In dem Bauteil sind Kanäle für Düfte und Wasser sowie Beleuchtungselemente integriert. Mehr noch: Die innenliegenden Kanäle sind gekrümmt. Ihr Durchmesser variiert, um besondere Verwirbelungen der ausströmenden Luft zu erreichen. Ein Schnappmechanismus ermöglicht eine schraubenlose Montage.

Das wäre in Spritzguss kaum zu realisieren gewesen, ist Kundenberater Hubert Kemmer von 1zu1 Prototypen überzeugt. „Dafür wären sicher fünf bis sechs einzelne Spritzguss-Teile nötig gewesen, die man dann zusammenfügen hätte müssen. Das hätte sicher Probleme bei der Montage und der Dichtheit ergeben, der Auslass wäre viel größer und ungleich teurer geworden.“

Entwicklung in Schritten

In 3D-Druck hingegen konnte das Bauteil sogar in mehreren Schritten getestet und optimiert werden. „Unsere Anforderungen waren nur sehr bedingt zu simulieren“, schildert Christian Hofer. Insgesamt 18 Varianten ließ Kraftwerk Living Technologies fertigen, bis das Unternehmen mit den Effekten zufrieden war.

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Ein weiterer Vorteil des Fertigungsverfahrens: Die rasche Verfügbarkeit kleiner Stückzahlen erlaubte schon während der Entwicklung umfangreiche Tests bezüglich der langfristigen Haltbarkeit. Die Teile sind schließlich jahrelang ständiger Feuchtigkeit ausgesetzt.

Know-how in der Konstruktion

Die Konstrukteure von 1zu1 Prototypen unterstützten die Entwickler des Welser AV-Spezialisten in diesem Prozess. „Wir hatten wenig Erfahrung mit 3D-Druck und seinen Grenzen. Die enge Zusammenarbeit hat uns deshalb sehr geholfen“, betont Hofer.

Für den Vertriebsleiter von 1zu1-Prototypen, Thomas Kohler, ist dieser Know-how-Transfer einer der Knackpunkte bei Entwicklungsprojekten für den 3D-Druck: „Eine enge Abstimmung mit den Kunden ist für uns ohnehin selbstverständlich. Darüber hinaus bieten wir die Unterstützung bei Konstruktionsprojekten inzwischen aber auch als Dienstleistung an.“ So profitieren die Entwickler des Kunden von der langjährigen Erfahrung der Prototypenbauer. Gemeinsam entstehen oft sehr rasch die besseren Lösungen.

Kleinserie für Maschinenbauer

Gänzlich anders gestaltete sich ein Projekt von 1zu1 Prototypen für einen weltweit tätigen Maschinenbauer mit Sitz am Bodensee. Das Unternehmen entwarf einige Vorrichtungen, um seine Produktion zu optimieren. Fünf kompakte Kunststoffteile mit Filmscharnieren und Schnappverschlüssen wurden dafür je 20 Mal benötigt. Sie mussten für den Einsatz unter Wasser geeignet sein.

Auch dafür war 3D-Druck das Mittel der Wahl: „Hätten wir die Teile wie bisher üblich gefräst, wäre die Fertigung fünf Mal so teuer gewesen und hätte zehnmal so lange gedauert“, ist 1zu1-Kundenberater Hubert Kemmer sicher.

Auch hier waren mehrere Entwicklungsschritte bis zum fertigen Produkt nötig: Jeder dieser Schritte hätte beim Fräsen rund einen Monat gedauert. Dank 3D-Druck waren die Vorrichtungs-Bauteile hingegen schon nach jeweils drei Tagen wieder unterwegs zum Kunden. Der ganze Entwicklungsprozess verkürzte sich so von mindestens einem halben Jahr auf wenige Wochen.

Umdenken in der Entwicklung

Für den Geschäftsführer von 1zu1 Prototypen, Hannes Hämmerle, zeigen die beiden Projekte beispielhaft die Möglichkeiten des 3D-Drucks. Voraussetzung sei „ein komplettes Umdenken in der Konstruktion. Wir merken an vielen Anfragen, dass die Entwickler noch in den herkömmlichen Verfahren denken.“

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„Die Entwickler können sich von den Fertigungsverfahren lösen und sich komplett auf den Nutzen eines Bauteils konzentrieren“, ergänzt Vertriebsleiter Thomas Kohler. „Statt sich zu fragen, wie ein Teil konstruiert sein muss, damit es gefräst oder gegossen werden kann, stellt sich in der additiven Fertigung nur mehr die Frage: Was muss dieses Teil können und wie kann ich diese Funktion optimal erreichen?“

Dieses Umdenken braucht Zeit. Der genannte Maschinenbau-Konzern beispielsweise engagierte für einige Monate zwei externe Spezialisten für 3D-Druck, die sämtliche Produktionsprozesse auf Einsparungs- und Innovationspotenzial untersuchen sollen. Das zeigt auch, wie schwer sich gestandene Entwickler mit dieser neuen Herangehensweise tun.

1zu1-Geschäftsführer Hannes Hämmerle sieht die Additive Fertigung als Ergänzung zu bestehenden Produktionsverfahren wie Fräsen oder Spritzguss: „Wenn das Verständnis der Konstrukteure wächst, wird sie in der Serienfertigung deutlich an Bedeutung gewinnen.“ Sie ermögliche den Konstrukteuren eine viel größere Freiheit. Hämmerle: „Wer so konstruiert, kann mittels 3D-Druck echten Mehrwert schaffen.“ (qui)

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