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Expertenbeitrag

 Stefan  Hollaender

Stefan Hollaender

Managing Director EMEA, Formlabs

Flexibilität und Schnelligkeit: Prototyping mithilfe von 3D-Druck

| Autor / Redakteur: Stefan Holländer, Managing Director EMEA bei Formlabs / Sebastian Schötta

Rapid Prototyping ermöglicht es, schon innerhalb der Planungsphase eines Produkts Probe-Modelle zu erstellen. Dazu unterstützt das Prototyping Ingenieure auch beim Feinschliff neuer Produkte: Bevor diese in hoher Stückzahl in die Produktion gehen, werden kostspielige Fehler mithilfe von vermieden.

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Betriebsinterne Prototypenfertigung ermöfglicht Änderungen am Prototyp schnell und einfach umsetzen.
Betriebsinterne Prototypenfertigung ermöfglicht Änderungen am Prototyp schnell und einfach umsetzen.
(Bild: formlabs)

Die Wöhler Technik GmbH ist ein Hersteller von Messgeräten, Inspektions- und Reinigungstechnik für Anwendungen rund um Heizungs-, Lüftungs- und Gebäudelösungen. In Zusammenarbeit mit Kunden entwickeln betriebseigene Produktdesigner individuelle Produktlösungen nach Maß. Bevor ein Produkt final hergestellt wird, entwerfen die Ingenieure Prototypen, die in ihrer Form und Funktionsweise einem Endprodukt entsprechen müssen. In dieser Phase des Entwurfsprozesses ist es wichtig, Fehler zu vermeiden. Denn Änderungen am finalen Spritzgießwerkzeug oder am Endprodukt werden teuer: Die Kosten belaufen sich auf einen drei- bis fünfstelligen Euro-Bereich.

Inhouse-3D-Druck macht Prototyping schneller und umweltfreundlicher

Die Herstellung von Prototypen via 3D-Druck produziert signifikant weniger Abfall als herkömmliche Produktionsverfahren. Zudem ermöglicht diese Art der Prototypen-Herstellung in der Regel ein schnelleres Ergebnis: Produktpläne oder -zeichnungen müssen nicht erst an einen externen Dienstleister geschickt werden, sondern können in kurzen Arbeitsschritten inhouse produziert werden.

Die konkrete Herausforderung bei Wöhler bestand darin, einen Prototyp für ein Holzfeuchtemessgerät zu produzieren. Um die Deadlines für die Entwicklung und Produktion des Geräts einzuhalten, mussten Änderungen am Prototyp schnell und einfach umgesetzt werden können.

Zu Beginn des Designprozesses verwendete Wöhler einen Desktop-3D-Drucker, der das Verfahren der Schmelzschichtung (FDM – Fused Deposition Modeling) nutzte. Der FDM-Drucker erzielte jedoch nicht die erhofften Ergebnisse: Exakte Details am Prototyp wurden nicht abgebildet.

Daher entschied sich das Unternehmen für den Einsatz eines neuen Desktop-3D-Druckers. Die Wahl von Wöhler fiel auf ein Gerät von Formlabs, das mithilfe von Stereolithografie (SLA) innerhalb weniger Stunden präzise Modelle erstellt.

Sebastian Leifels ist Produktdesigner bei Wöhler und beschreibt die Einführung des neuen 3D-Druckers wie folgt: „Der neue Drucker ermöglichte eine höhere Präzision. Unsere Vorgängermaschine hatte eine minimale Schichtdicke von 0,178 mm. Der Formlabs 3D-Drucker ist in der Lage, eine minimale Schichtdicke von 0,025 mm zu drucken. Selbst bei derselben Schichtdicke erzeugt der Formlabs Drucker glattere Ergebnisse.“

SLA 3D-Druck kann für Modelle angewendet werden, die hohe Genauigkeit erfordern, wie zum Beispiel Gehäuse mit Schnappverschluss
SLA 3D-Druck kann für Modelle angewendet werden, die hohe Genauigkeit erfordern, wie zum Beispiel Gehäuse mit Schnappverschluss
(Bild: formlabs)

Flexibler Designprozess mit unterschiedlichen Materialien

Die betriebsinterne Herstellung ermöglicht dem Wöhler-Team mehr Kontrolle und Schnelligkeit im Designprozess. Wenn nötig, laufen die 3D-Drucker innerhalb einer Entwicklungsphase mehrere Wochen lang – Tag und Nacht. Durch die größere Anzahl an Prototypen, die so entwickelt werden können, kann das Team mehrere Ideen zeitgleich testen. Im Endergebnis erhält das Team so ein noch besseres Endprodukt.

Um den Prototypen des Holzfeuchtemessgeräts zu erstellen, musste das Wöhler-Team mehrere verschiedene Materialien verwenden. Der vorherige FDM 3D-Drucker des Unternehmens konnte keine flexiblen Materialien drucken, sodass ein komplexer Prozess notwendig war. Zunächst entwarf das Team ein Test-Gussmodell und druckte es mithilfe des FDM-Druckers. Dann folgte eine aufwendige Nachbearbeitung, um die Oberfläche zu glätten. Abschließend wurde das Modell mit einem Gummigemisch ausgegossen. Sebastian Leifels erinnert sich: „Dies war ein zeitintensiver Prozess, und wir konnten dennoch keine feinen Details erreichen. Nun haben wir unseren Prozess vereinfacht, indem wir Detailteile direkt drucken.“

Mit dem neuen 3D-Drucker nutzt das Unternehmen das Material Black Resin für das Gehäuse des Produkts und Flexible Resin für das Bedienfeld. Denn die Tasten des Geräts müssen sich eindrücken lassen, wenn ein Nutzer sie betätigt. Die Knopf-Wände müssen zwar sehr dünn, aber dennoch widerstandsfähig sein. Flexible Resin erlaubt es dem Team, „eine Vielzahl von Tests an den Prototypen durchzuführen, ohne dass es zu einer Beschädigung oder funktionalen Einschränkung der Teile kommt.“

3D-Druck wird zum Standard im Prototypenbau

Inzwischen nutzt das Wöhler-Team den 3D-Drucker und diverse unterschiedliche Kunstharze von Formlabs für alle Prototypen: „Durch den betriebsinternen 3D-Druck haben wir den Vorteil, die Teile für jedes Gerät vor der Serienproduktion testen zu können. Das Risiko, das Gerät später überarbeiten zu müssen, ist gering.“ Die Verwendung einer einzigen Maschine, die verschiedene Materialien herstellen kann, eröffnet dem Wöhler-Team neue Möglichkeiten für die Prototypenfertigung. Obwohl betriebsinterner 3D-Druck Zeit und Geld spart, liegt der größte Vorteil darin, dass bessere Endprodukte erstellt werden können. „Der Prozess der Prototypenfertigung konnte von mehreren Tagen auf wenige Stunden reduziert werden. Mit der Einführung des Druckers zum Design von Teilen des Gehäuses haben wir mehrere Wochen im gesamten Entwicklungsprozess gespart.“

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Über den Autor

 Stefan  Hollaender

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Managing Director EMEA, Formlabs