KVT Fastening: Schneller zum Prototyp mit 3D-Druck

3D-Druck macht erfinderisch

| Redakteur: Konrad Mücke

Mit dem 3D-gedruckten Bauteil lässt sich unverzüglich die Funktion und die Haptik des Prototypen evaluieren
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Mit dem 3D-gedruckten Bauteil lässt sich unverzüglich die Funktion und die Haptik des Prototypen evaluieren (Bild: KVT Fastening)

Um Produkte schneller zu entwickeln, stellt die Geberit International AG eine Vielzahl an Prototypen im 3D-Druck-Verfahren her. Designs optimieren und Werkstoffe testen die Spezialisten für Sanitärprodukte seit dem Jahr 2016 auf einer 3D-Druckmaschine Sintratec S1.

Die Geberit-Gruppe, in Europa führender Hersteller von Sanitärprodukten, betreibt 29 Produktionswerke in über 50 Ländern. Bevor der Konzern ein Produkt für die Markteinführung freigibt, muss dieses eine Vielzahl von Forderungen erfüllen. Sämtliche Prototypen werden in einem Prototypen-Labor am Konzernhauptsitz in Rapperswil-Jona hinsichtlich ihrer Qualität und ihrer Funktion, ihres Designs und der einfachen Montage getestet. Entwicklungsingenieure diverser Abteilungen nutzen das, um Ideen zu verwirklichen und zu prüfen. Bevor ein Produkt in grossen Serien gefertigt wird, beispielsweise im Spritzgiessverfahren, erstellen die Spezialisten mehrere Designvarianten. Um sie im 3D-Druck herzustellen, verfügt der Sanitärtechnikhersteller über eine beträchtliche Anzahl professioneller Geräte. Insgesamt werden jährlich etwa 16000 Bauteile mit den generativen Verfahren SLS, FDM, SLA, 3DP und MJF produziert.

Kompakte Bauweise gefordert

Zum Dämmen von Rohren war ein spezielles Bauteil zu verwirklichen. Es sollte flexibel den Anschlusswinkel einer Armatur ummanteln. Zusätzlich war eine kompakte Bauweise gefordert, da nur wenig Einbauraum für die Isolation zur Verfügung steht. Solche speziellen Bauteile entwickelt unter anderen Roger Baggenstos, Entwicklungsingenieur im Geschäftsbereich Piping Systems: «Damit von der warmes Wasser führenden möglichst wenig Wärme auf die kaltes Wasser führende Leitung abstrahlt – und so das Warmwasser warm und das Kaltwasser kalt gehalten werden kann – benötigt man die Wärmedämmung. Dies ist auch erforderlich, um die Forderungen von Normen und technischen Standards einzuhalten. Für das dämmende Bauteil für den Anschlusswinkel der Armatur verwenden wir expandiertes Polypropylen, kurz EPP.» Der geschäumte Kunststoff ist dehnbar und zugleich mechanisch fest.

Funktionale Prototypen kurzfristig verfügbar

Funktionale Prototypen derart anspruchsvoll zu fertigende Komponenten sollen weitgehend exakt die Eigenschaften der später in Serien hergestellten Bauteile aufweisen. Der Sanitärtechnikhersteller nutzt dazu das selektive Lasersintern (SLS). Die Dämmung für den Anschlusswinkel druckten die Spezialisten aus dem flexiblen Werkstoff Sintratec TPE auf dem SLS-Desktop-Drucker Sintratec S1. Anschliessend testeten sie die Komponente unverzüglich in einer realen Bausituation. Somit konnten sie prüfen, ob das Produkt in der vorgesehenen Konstruktion wirklich montierbar ist. Die Montage war möglich. Die beiden Teile der Ummantelung liessen sich am Anschlusswinkel anbringen und mit einem Schnappmechanismus fixieren.

Hugo Arnold als Leiter der Prototypen-Werkstatt bei Geberit sagt zu den Vorteilen des 3D-Drucks auf dem Drucker von Sintratec: «Mit anderen 3D-Druck-Verfahren hergestellte Prototypen wiesen die erforderliche Flexibilität und mechanische Festigkeit nicht auf.» Der Entscheid zum Fertigen der Komponenten auf dem Drucker Sintratec S1 basiert auf weiteren Kriterien. So erwiesen sich grosse SLS-Anlagen für das Projekt als unpraktisch. Auf ihnen lassen sich die Werkstoffe nur aufwendig und umständlich wechseln. «Auf dem 3D-Desktop-Drucker Sintratec S1 mit kleinem Bauraum kann ich mit relativ wenig Pulver unverzüglich drucken», erläutert Hugo Arnold.

Mit 3D-Druck wettbewerbsfähig

SLS-Systeme, wie die der 3D-Drucker Sintratec S1, schaffen Wettbewerbsvorteile. Das bestätigt Roger Baggenstos: «Die Dämmung für Anschlusswinkel war innert sehr kurzer Zeit zu verwirklichen. Wir schätzen die Möglichkeiten, Bauteile zum Testen sehr schnell zu fertigen. Mit dem gedruckten Prototypen in der Hand können wir gemeinsam mit unserem Produktionspartner die geforderten Funktionen umgehend evaluieren.»

Aus dem Kunststoff Sintratec PA12 druckt der Sanitärtechnikhersteller Produkte wie Wassergehäuse, Verteiler und Prüfkörper. Diese widerstehen bis zu 48 bar Wasserdruck. Für Dichtungen an Anschauungsmodellen, für Schallschutzteile, die Wassergeräusche entkoppeln, und für wärmedämmende Bauteile nutzt Geberit das flexible Material Sintratec TPE. Darüber hinaus testen die Ingenieure und das Laborpersonal auf dem 3D-Drucker von Sintratec sogenannte Fremdmaterialien. Dazu sagt Hugo Arnold: «Um zu forschen, drucken wir Testbauteile aus diesen Werkstoffen und variieren dabei täglich zehn bis zwanzig Parameter.»

3D-Druck für innovatives Design

Im Jahr 2005 hatte der Sanitärtechnikhersteller bereits in den ersten 3D-Drucker investiert. Seinerzeit arbeiteten die Fachkräfte in der Test- und Prototypenwerkstatt überwiegend auf Dreh- und Fräsmaschinen. Heute fertigen sie überwiegend im 3D-Druck. Dabei gehört das selektive Lasersintern zur meist eingesetzten Technologie. Roger Baggenstos fasst zusammen: «Wir profitieren ganz klar vom SLS-Verfahren. Unsere Ingenieure werden zu neuen Ideen und Produkten angeregt. Die Haptik 3D-gedruckter Objekte regt die Konstruktionsfantasie an. Die Prototypen ermöglichen rasche Designoptimierungen. Das verkürzt deutlich die Time-to-Market.»t. SMM

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