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3D-Kunststoffdruck

SLA-Druck – Retter in der Zeitnot

| Autor/ Redakteur: / Simone Käfer

Für einen Auftrag müssen Sonderwerkzeuge gefertigt werden. Die Zeit drängt, der Auftrag scheint nicht mehr erfüllbar. Dann führt ein Verfahrenstechniker den 3D-Druck im SLA-Verfahren ein.

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Komplex wurde der Auftrag, weil jeder Arbeitsschritt der automatischen Drehbank eine maßgefertigte Haltevorrichtung erfordert. Diese mit subtraktiven Methoden zu fertigen, hätte zu lange gedauert.
Komplex wurde der Auftrag, weil jeder Arbeitsschritt der automatischen Drehbank eine maßgefertigte Haltevorrichtung erfordert. Diese mit subtraktiven Methoden zu fertigen, hätte zu lange gedauert.
(Bild: Formlabs)

Jedes einzelne Teil, das Pankl Racing Systems herstellt, benötigt eine Reihe von maßgefertigten Haltevorrichtungen, Befestigungen und Werkzeugen, die kundenspezifisch entworfen und hergestellt wurden. Am Ende sitzt das Unternehmen also auf einem Stapel individueller Werkzeuge, die den Fertigungsprozess erheblich teurer und komplexer machen. Um knappen Fertigungsterminen gerecht zu werden, führten Verfahrenstechniker Christian Joebstl und sein Team den 3D-Druck im Stereolithografie-Verfahren (SLA) ein, um maßgefertigte Haltevorrichtungen und andere Teile mit wenig Volumen direkt für ihre Fertigungslinie in der neuen, 36 Mio. Euro teuren Produktionsstätte des Unternehmens herzustellen. Obwohl der 3D-Druck ursprünglich skeptisch betrachtet wurde, stellte er sich als idealer Ersatz zur Zerspanung für einige dieser Werkzeuge heraus und überraschte sogar Pankls anspruchsvolle Ingenieure. In einem Fall reduzierte er die Vorlaufzeit für Haltevorrichtungen um 90 % – von zwei bis drei Wochen auf weniger als einen Tag – und verringerte die Kosten um mindestens 80 %, was zu einer Ersparnis von 150.000 Euro führte.

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Wie man den Kollegen den 3D-Druck näherbringt

Verfahrenstechniker Christian Joebstl führte die Additive Fertigung bei Pankl ein. Hier berichtet er, wie er die Hürden im Unternehmen, also die Vorurteile seiner Kollegen, genommen und sie überzeugt hat.

Als der Verfahrenstechniker Christian Joebstl seinen Kollegen vorschlug mit 3D-Druckern zu arbeiten, waren sie skeptisch. Doch er konnte sie überzeugen.
Als der Verfahrenstechniker Christian Joebstl seinen Kollegen vorschlug mit 3D-Druckern zu arbeiten, waren sie skeptisch. Doch er konnte sie überzeugen.
( Bild: Formlabs )

Bei Pankl fertigt man erst seit etwa einem Jahr mit einem 3D-Drucker. Wie fand er denn den Weg in Ihre Produktion?

Einer meiner Kollegen bekam eine Anfrage eines Kunden für eine maßgefertigte Haube, um einige Bereiche einer Kugelstrahlmaschine vor dem Aufprall zu schützen. Normalerweise kauften wir solche Teile von einem externen Lieferanten. Solches Werkzeug kostet etwa 1200 Euro. Ich dachte: Es muss einen anderen Weg geben.

Also haben Sie einen Form 2 von Formlabs gekauft. Ihre Kollegen waren sicher begeistert.

Sie dachten, 3D-Druck wäre eher ein Spielzeug.

Wieso das denn?

In unserem Geschäft erwarten wir, dass gute Ausrüstung auch unvermeidlich teuer ist. Die meisten unserer Geräte starten bei 100.000 Euro und es geht noch deutlich weiter. Als meine Kollegen sahen, dass der Form 2 nur etwa 3900 Euro kostet, fragten sie mich: Warum sollten wir ein Spielzeug kaufen?

Eine berechtigte Frage. Wie haben Sie Ihre Kollegen überzeugt?

Wir bestellten mehrere maßgefertigte Muster, um Tests durchzuführen. Es zeigte sich, dass die 3D-gedruckten Teile durchaus geeignet waren. Löcher und Längentoleranzen lagen im Bereich von ± 0,1 mm. Ich recherchierte die Materialkosten für meine Amortisationsrechnung und bemerkte, dass ein 3D-gedruckter Satz der Werkzeugbestückung zum Kugelstrahlen nur 45 Euro kostet. Ich fasste dies in einer Präsentation für den Vorstand zusammen und nahm die Teile mit zum Kick-off-Meeting für das neue Getriebewerk. Sie ließen sich schließlich überzeugen und wir entschieden uns dazu, unseren ersten 3D-Drucker zu kaufen.

Kurz darauf waren es schon drei Drucker. Wo setzen Sie die Maschinen inzwischen ein?

Eines meiner Ziele ist es, mehr Aufträge von anderen Abteilungen innerhalb von Pankl zu erhalten. Wir hatten mit 3D-gedruckten Teilen in unserer eigenen Fertigungslinie Erfolg und ich sehe unzählige andere Anwendungen, die vom 3D-Druck profitieren könnten. Ich will anderen Ingenieuren die Teile zeigen, die wir herstellen, und die Anwendungen, in denen wir sie nutzen, um sie darüber in Kenntnis zu setzen, dass ihnen diese Technik vor Ort zur Verfügung steht.

Sie wollen die Additive Fertigung also vorwiegend innerhalb Ihres eigenen Unternehmens nutzen?

Ja, genau. Ich startete dieses Projekt, als ein anderer Kollege Interesse an unseren neuen Prozessen zeigte. Wir haben bereits Teile für die Luftfahrt- und Antriebsabteilungen gedruckt. Sie schicken uns die Entwürfe, wir produzieren die Teile für sie und sie erhalten die fertigen Teile, die bereit für den Einsatz in ihren Maschinen sind. Pankl ist aber ein großes Unternehmen, weswegen es ein langsamer Prozess ist. Wir müssen die gleichen Hürden nehmen wie ursprünglich in unserer eigenen Abteilung.

Jetzt haben Sie doch aber greifbarere Argumente, oder?

Genau. Ich verschicke Informationen über die Materialien für den 3D-Druck, ihre mechanischen Eigenschaften, wie sie aussehen und die bestimmten Anwendungsfälle, für die sie sich eignen. Ich drucke auch Muster für andere, beschreibe die Designspezifikationen und wie sie etwas bestellen können.

Zeitdruck führte zum 3D-Drucker

Pankl erhielt im Jahr 2016 den Zuschlag für die Herstellung von Getriebebaugruppen für bekannte Motorradhersteller und begann zügig mit der Einrichtung der neuen Produktionsstätte. Die Herstellung dieser Getriebe ist ein aufwendiger Prozess, bei dem Bauteile aus geschmiedetem Stahl mehrere Phasen der Zerspanung durchlaufen, unterstützt von automatisierten Drehbänken, gefolgt von Spannungsarmglühen. Jede Phase der Bearbeitung durch die automatisierten Drehbänke erfordert maßgefertigte Haltevorrichtungen für jeden einzelnen Getriebetyp. Diese Teile zu zerspanen, ist teuer und erhöht die Komplexität und das Risiko des Fertigungsprozesses erheblich.

Der Zeitplan war sehr eng, da viel mehr Getriebetypen als ursprünglich erwartet produziert werden mussten. Zum Zeitpunkt, als die Mitarbeiter von Pankl sich mit dem Design und der Werkzeugbestellung befassen konnten, sollten sie schon längst damit begonnen haben, die ersten Annahmelose zu produzieren. „Wir konnten die maßgefertigten Haltevorrichtungen nicht einfach entwerfen und sie am nächsten Tag erhalten”, verdeutlicht Joebstl die Situation. „Hätten wir an traditionelle Zerspanungsdienstleister ausgelagert, hätten wir weitere sechs Wochen gewartet, bevor wir mit der Produktion beginnen konnten.” So entschied man sich, die Teile vor Ort auf den neuen 3D-Druckern Form 2 herzustellen. Also wurde das Design an den Drucker gesendet und am nächsten Morgen konnten die Mitarbeiter die fertig gedruckte Halterung auf der Fertigungslinie überprüfen und nötige Änderungen vornehmen. Joebstl freut sich über die Designfreiheit, durch die sie Haltevorrichtungen in allen Formen fertigen können, im Gegensatz zum konventionellen CNC-Fräsen oder Drehen, wo jede zusätzliche Krümmung, Bohrung oder Fase den Prozess komplexer macht.

Weniger Zeit und Kosten, besseres Material

Mit einem 3D-Drucker von Formlabs druckt Pankl eine Haltevorrichtung innerhalb von 5 bis 9,5 Stunden, mit allen drei Maschinen schaffen sie rund 40 Haltevorrichtungen in der Woche. Eine einzige gefräste Haltevorrichtung kostet etwa 40 bis 50 Euro, wobei komplexere Teile bis zu 300 Euro kosten können. Durch den 3D-Druck lassen sich diese Kosten auf 8,5 bis 25 Euro reduzieren, wodurch erheblich geringere Festkosten in puncto Design, Erwerb und Lagerung entstehen, die sich in einer gesamten Kostenreduzierung von mehr als 90 % niederschlagen. „Bedenkt man, dass wir über die ganze Produktion hinweg mehr als 1000 Haltevorrichtungen produzieren müssen, hilft der 3D-Druck dabei, mehr als 150.000 Euro einzusparen”, verdeutlicht Joebstl den Kostenvorteil.

Neben der Zeit hat das Material bisher auch ein unlösbares Problem dargestellt. Das Kühlmittel der Drehbänke ist sehr aggressiv gegenüber Kunststoffteilen und machte diese nach einer Weile brüchig. „3D-gedruckte Teile aus dem Form­labs-Material Tough Resin wiesen jedoch Beständigkeit gegenüber unserem Kühlmittel auf”, freut sich Joebstl. „Zudem sind sie auch noch stark genug, der Wechselbelastung standzuhalten, die diese Bauteile aushalten müssen. Die Toleranzen hinsichtlich von Öffnungen und Längen liegen in der Regel innerhalb eines Intervalls von ± 0,1 mm, das den Anforderungen für unsere Haltevorrichtungen gerecht wird.”

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Inzwischen produzierte Pankl bereits mehr als 300 3D-gedruckte Haltevorrichtungen, um kleine Chargen von 200 Teilen jedes Getriebes für den Testlauf der Produktion herzustellen. Bald soll die Produktion auf 1000 bis 2000 Teile pro Charge ausgeweitet werden und die Produktionskapazität der Einrichtung wird auf mehr als 1,5 Mio. Getriebe pro Jahr steigen.

* Weitere Informationen: Formlabs, 10405 Berlin, Tel. (0 30)5 55 79 58 80, www.formlabs.com/de/

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