Suchen

3D-Kunststoffdruck mit SLS Wie 3D-Druck die O-Ring-Montage beschleunigt

Autor: Simone Käfer

Der Montageprozess war einem Unternehmen zu langsam. Eine 3D-Druck-gerechte Konstruktion sowie ein Materialwechsel führten zu bessern Ergebnissen.

Firmen zum Thema

Diese drei Elemente ließ Zimber Verpackungen additiv Fertigen: Zwei 6-Backen-Futter mit unterschiedlichen Spaltmaßen und ein Element für die Innenmontage von O-Ringen.
Diese drei Elemente ließ Zimber Verpackungen additiv Fertigen: Zwei 6-Backen-Futter mit unterschiedlichen Spaltmaßen und ein Element für die Innenmontage von O-Ringen.
(Bild: Zimber Verpackungen)

Bei Zimber Verpackungen montiert eine Anlage mit drei Yaskawa-Robotern verschiedene Elektrostecker. Bei der Anlage greift sich der Roboter maximal drei verschiedene O-Ringe, einen oder zwei zur Außenmontage und einen Ring, der innen montiert wird. Auch das zu montierende Teil wird von einem Roboter aufgenommen. Dann werden die O-Ringe in die dafür vorgesehene Vorrichtung gelegt und anschließend das Werkstück über die Stationen gehalten und montiert. Die Yaskawa-Roboter können zwei sortenfremde Teile oder ein komplexes Teil komplett montieren. Aber dem Unternehmen verlief der Montageprozess der O-Ringe zu langsam.

SLS erweist sich als sinnvoller

Gemeinsam mit einem freien Konstrukteur suchte Zimber eine Lösung, um die Montage zu beschleunigen. Sie entschieden sich dazu, sowohl die 6-Backen-Futter für die Außenmontage als auch die Innenringmontage zu verbessern. Auf Anraten des Konstrukteurs beschloss Zimber, die neuen Teile additiv fertigen zu lassen. „Wenn man einige Punkte in der Modellierung beachtet, können komplette Funktionsbaugruppen gefertigt werden. Das ist bei einer zerspanenden Bearbeitung nur mit hohen Mehrkosten möglich“, waren die ausschlaggebenden Worte. Denn die Vorstellung eines fertigen Bauteils gegenüber vielen komplexen Teilen, die später zusammengesetzt werden müssen, überzeugte den Geschäftsführer, Ralf Zimber. Ein wenig eigene Erfahrung floss wohl in die Entscheidung mit ein: Bereits für die alte Außenmontage wurden Teile gesintert.

Bildergalerie

Für den 3D-Druck wurde ein Auftragsfertiger gesucht, der mit selektivem Lasersintern (SLS) arbeitet. Entscheidend für die Auswahl des Lohnfertigers waren die Dauer, die er benötigte um die Backenfutter und das Element für die Innenringmontage zu fertigen, wie präzise er die Teile herstellen konnte und ob er alle gewünschten Funktion einbauen oder sogar noch verbessern würde. Natürlich spielte auch der Kostenfaktor eine Rolle. Am Ende wurden es zwei Auftragsfertiger.

Eine neue Konstruktion für ein 3D-gerechtes Bauteil

„Der Lohnfertiger, mit dem zusammen wir die erste erste Station für die O-Ring-Außenmontage erstellt haben, hat uns uns auf die Spaltmaße bei Funktionsbaugruppen hingewiesen”, erzählt Zimber. „Mit den Spaltmaßen von 0,6 mm bekommen wir zwar eine Funktion hin, allerdings nicht die Präzision und Langlebigkeit, die wir uns wünschten.“ Der zweite Auftragsfertiger war Blue Production. Geschäftsführer Hans-Ulrich Büse begutachtete gemeinsam mit Zimber die CAD-Daten, dabei fanden sie andere Möglichkeiten. Dementsprechend wurde zusammen mit dem Konstruktionsdienstleister das 6-Backen-Futter optimiert. Nach einigen konstruktiven Änderungen reduzierten sie die Spaltmaße auf 0,2 mm, was in der Summe eine erhebliche Reduzierung des Lagerspiels erbrachte und die Präzision deutlich erhöhte.

Um die Lebensdauer zu verbessern, verwendeten sie den Werkstoff PA12 KB, der die Bewegung von 5 Mio. Zyklen durchhält. PA12 KB ist ein Polyamid mit Keramikanteil, das speziell von Blue Production für diese Art von Bauteilen und einen solchen Einsatzzweck entwickelt wurde. Es steht für eine hohe Steifigkeit, mechanische Verschleißfestigkeit und thermische Belastbarkeit. Außerdem ist es gut zu verarbeiten, hat eine glatte Oberfäche und garantiert somit ein konstantes Langzeitverhalten. Zimber freut sich über die Zusammenarbeit mit den Auftragsfertigern: „Wir haben jetzt ein funktionierendes 6-Backen-Futter zu einem Bruchteil der Kosten eines zerspanend hergestellten Futters – und es ist innerhalb weniger Arbeitstage reproduzierbar.“

Alumide für eine längere Lebensdauer

An der Innenmontage wurde nicht viel verändert. Lediglich der Werkstoff ist ein neuer. Alumide ist ein aluminiumgefülltes PA12-Pulver, das keine Stützmaterialien benötigt und sich daher auch für komplizierte Formen eignet. Neben seiner hohen Formstabilität gilt es als gut nachbearbeitbar, sehr sauber und detailliert im Druck sowie abriebfest. Außerdem weist es eine hohe Steifigkeit auf. Der metallisch anmutende Kunststoff bietet sich besonders für Bauteile an, die widerstandsfähig und temperaturbeständig sein sollen. Seine Nachteile, eine leicht raue Oberfläche und eine Wasseraufnahme von etwa 0,4 %, sind für die Anwendung bei Zimber Verpackungen unwesentlich. Dem Unternehmen kam es mehr auf die guten Gleiteigenschaft an. So kann sich die Hülse mit dem neu gesinterten Element nun um 180° drehen. „Nach der Montage von 10 t an O-Ringen ist noch kein Verschleiß zu erkennen“, wundert sich Zimber.

Aktuell wurden die ersten Wechselbacken aus dem rostfreien Stahl V2A gesintert. Zuvor wurden sie gefräst und mit einem Zylinderstift versehen. Die Backen weisen schon jetzt eine hohe Steifigkeit auf.

* Weitere Informationen: Zimber Verpackungen aus 79261 Gutach im Breisgau, Tel. (0 76 81) 49 26 86, info@zimber-verpackungen.de

(ID:44942705)

Über den Autor

 Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung und Werkstoffe