Additive Fertigung So ist 3D-Druck machbar für jedermann

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Mit dem 3D-Druck eröffnen sich neue Möglichkeiten in der Konstruktion. Die Expertise liegt aber oft nicht vor. Um die Potenziale zu nutzen und von der Funktionalität der Produkte zu profitieren, lassen sich Fertigungsdienstleister wie Protolabs hinzuziehen. Wir haben bei Daniel Cohn nachgefragt, wie die Unterstützung aussehen kann.

In der Regel liegt die eigentliche Konstruktion der Bauteile in der Hand der Unternehmen. In welcher Phase der Produktentwicklung werden Sie angefragt?

Daniel Cohn: Grundsätzlich werden wir in jeder Phase der Produktentwicklung angefragt. Doch am liebsten unterstützen wir unsere Kunden bereits vor dem eigentlichen Produktionsbeginn. Wir legen besonders grossen Wert darauf, durch die stetige Interaktion mit unseren Kundinnen und Kunden individuelle Anforderungen und Wünsche zu identifizieren und diese auch bestmöglich zu realisieren. Daher begleiten wir jedes Projekt bei jedem einzelnen Schritt: angefangen mit dem Design über die Produktion eines Prototyps oder einer Kleinserie bis hin zu den abschliessenden Sekundärprozessen.

Und wann würden Sie sich die Kontaktaufnahme wünschen?

Idealerweise beginnend mit der Designentwicklung. Mit der Möglichkeit zur ganzheitlichen Unterstützung in dieser frühen Phase lassen sich die bestmöglichen Ergebnisse erzielen. Somit können nicht nur hohe Qualitätsstandards erfüllt werden, sondern oftmals auch wertvolle Zeit eingespart und Produktionskosten enorm gesenkt werden.

Wie kann Protolabs nun tatsächlich helfen?

Für uns ist essenziell, dass wir unsere Kundinnen und Kunden dort unterstützen, wo sprichwörtlich der Schuh drückt. Es kann sein, dass bei der Konstruktion einzelner Prototypen oder Bauteile zunächst einmal die optimalen Verfahren oder Materialien gefunden werden müssen, um kundenspezifische Anforderungen zu erfüllen. Manche wenden sich bereits mit einem fertigen Plan an uns. Ganz gleich: Wir sehen uns als der Partner, der Unmögliches möglich macht.

Haben Sie vielleicht ein konkretes Beispiel, wie Sie vorgehen?

Ja! Ein exzellentes Beispiel ist unsere Machbarkeitsanalyse. Mithilfe von Design for Manufacturability, kurz DFM, ist es uns möglich, das Design bereits vor dem eigentlichen Produktionsbeginn zu optimieren. Somit stellen wir sicher, dass sowohl Materialien als auch Zeit möglichst ressourcenschonend und kostensenkend eingesetzt werden. Kern unserer Kompetenz sind unsere Expertinnen und Experten. Durch ihre jahrelange Erfahrung kennen sie jedes Verfahren bis in das kleinste Detail und wissen ganz genau, welche Methode zu den besten Ergebnissen führen wird. Flexibilität, Beständigkeit, Elastizität – unsere „faces behind“ wissen, wie sich die angebotenen Materialien im gewünschten Design verhalten.

Daniel Cohn

Der Wirtschaftsingenieur Daniel Cohn kam 2016 zu Protolabs und leitet seitdem das Deutschland-Geschäft des Unternehmens. In dieser Zeit hat er auch den 3D-Druck als weiteres Fertigungsverfahren bei Protolabs vorangebracht und 2021 das 3D-Druck-Zentrum am neuen Firmenstandort Putzbrunn eröffnet.

Bei welchen Bauteilen raten Sie zur additiven Fertigung? Oder wann raten sie sogar ab?

Das hängt natürlich ganz davon ab, welches Projekt verfolgt und welches Ziel erreicht werden soll. Es handelt sich um einen Prototyp, der in kürzester Zeit für den weiteren Designprozess vorliegen soll? Das Bauteil ist komplex designt und zeichnet sich etwa durch innenliegende Kanäle und schwierig zu fräsende Einzelheiten aus? Dann wäre die additive Fertigung wohl das Mittel der Wahl. Sollen auf der anderen Seite Serien von mehreren Tausend Bauteilen entstehen, kann es durchaus mehr Sinn ergeben, auf den Spritzguss zurückzugreifen. Kurzum: So individuell wie Bauteile sein können, so individuell kann auch der Weg zur richtigen Fertigungsmethode sein.

Manchmal spielen aber noch mehr Faktoren eine Rolle. Was hilft dann bei der Entscheidung?

Durch die Machbarkeitsanalyse bzw. durch die umfassende Beratung unserer Fachkräfte eruieren wir in Abstimmung mit unseren Kunden und Kundinnen, welchen Einfluss Designanforderung, Oberflächenstruktur, Gewicht und Funktionalität haben, und identifizieren dadurch, welches Verfahren am besten geeignet ist. Dabei spielen natürlich auch immer Kostenfrage und Zeitaspekt eine bedeutende Rolle.

Wie kann ein Unternehmen Unterstützung anfordern? Das muss ja einfach sein und darf nicht viel Zeit kosten.

Für uns ist klar, dass unsere Ansprechpartner möglichst niedrigschwellig erreichbar sein müssen. Dementsprechend haben wir – um den Zugang zu unserer umfassenden Beratung durch unsere Expertinnen und Experten so einfach und komfortabel wie möglich zu gestalten – eine E-Commerce-Plattform eingerichtet, auf welcher das gewünschte Design hochgeladen werden kann. Auf Grundlage diesen Designs wird eine Machbarkeitsanalyse durchgeführt. Unsere Fachkräfte setzen sich im Anschluss daran intensiv mit den Analyseergebnissen auseinander und teilen dem Auftraggebenden ihre Empfehlungen mit, um das Design zu optimieren. Hierbei wird in enger Absprache mit den Kundinnen und Kunden sowohl das Material als auch das Verfahren festgelegt und erste Prototypen werden angefertigt. Da man schon vorher mögliche Fehlerquellen und Schwachstellen identifiziert, kann ein Design innerhalb von nur wenigen Iterationsphasen – und somit auch in einer deutlich geringeren Produktionszeit – in ein gebrauchsfertiges Bauteil oder sogar in eine Serie mit mehreren Hundert Bauteilen übersetzt werden.

Welche „Basisinformationen“ bzw. Daten benötigen Sie dafür vom Auftraggebenden bzw. Konstrukteur?

Grundsätzlich benötigen unsere Fachkräfte zur Fertigung eines Prototyps oder eines Bauteils einen Designentwurf sowie die Angabe des vom Kunden gewünschten Materials bzw. Verfahrens. Aber natürlich gilt: je mehr Informationen, desto besser. Denn je mehr Angaben wir zu einem Projekt erhalten, desto mehr Möglichkeiten gibt es, das Design sowie die mit der Produktion verbundenen Prozesse zu optimieren und dadurch die kundenspezifischen Anforderungen bestmöglich zu berücksichtigen.

Bei vielen Konstrukteuren fehlt häufig noch das Vorwissen. Was sind dann die häufigsten Fehler, die bei der Konstruktion von additiv gefertigten Bauteilen gemacht werden?

Ja, selbstverständlich entstehen dann auch Fehler. Wird das Design eines Bauteils beispielsweise nicht ausreichend vor dem Produktionsbeginn auf mögliche Schwachstellen überprüft, kann es unter anderem zu mehreren Iterationsphasen kommen. Dies wiederum beansprucht mehr Zeit, Kosten sowie Materialien, was sich auch negativ auf die Dauer bis zur Marktreife des Produkts auswirkt. Ohne das nötige Vorwissen ist aber natürlich auch die Wahl des Materials und der Fertigungsmethode eher ein Glücksspiel. So unterscheiden sich zum Beispiel Elastomere, Metalle oder Flüssigsilikone in ihrer Elastizität, Oberflächenrauheit oder Belastbarkeit. Daher sind nicht alle Materialien gleichermassen für ein bestimmtes Verfahren oder Bauteil geeignet. Bei einer immer grösser werdenden Auswahl an verfügbaren Werkstoffen und Methoden der additiven Fertigung kann es dementsprechend schwer werden, sich für die beste Kombination zu entscheiden – vor allem wenn das nötige Fachwissen oder die Erfahrung fehlen.

Können Sie Konstrukteuren einen Tipp geben, auf was sie bei additiv gefertigten Bauteilen besonders achten müssen?

So früh wie möglich Unterstützung anzufordern, um das Design bereits vor dem Produktionsbeginn zu optimieren und mögliche Schwachstellen und Komplikationen zu eliminieren! Denn komplexe Designs bringen Herausforderungen mit sich: dünne Wandstärken, Überhänge oder unzureichend geplante Stützstrukturen – die können Konstrukteure bei der Entwicklung zum Verzweifeln bringen! Auch hier gilt, dass die unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften und Bedingungen der Verfahren beim Entwickeln eines Bauteils beachtet werden müssen. Es muss klar sein: Bei den genannten Eigenschaften handelt es sich nicht um Hindernisse, sondern um Vorteile, die nur genutzt werden wollen.

Produktentstehung Teil 4

Chancen und Grenzen der Additiven Fertigung

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal maschinenmarkt.vogel.de

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