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Prototypenfertigung mit dem 3D-Drucker

Eine Investition in die Zukunft

Gerade Zulieferunternehmen stehen bei der Produktentwicklung in puncto Qualität, Service und Zuverlässigkeit in der Pflicht. Der Prozess der Produktentwicklung soll enorm verkürzt werden, ständig werden noch höhere Qualitätsstandards eingefordert. Die Günther Spelsberg GmbH + Co. KG mit Hauptsitz in Schalksmühle, seit ihrer Gründung 1904 als feste Größe im Bereich Elektro- und Gehäusesystemtechnik etabliert, entschied sich für die Investition in einen 3D-Drucker, um in diesem Wettlauf erfolgreich mithalten zu können.


Die Günther Spelsberg GmbH + Co. KG entschied sich für die Investition in einen 3D-Drucker, um in diesem Wettlauf erfolgreich mithalten zu können. Bildquelle: Objet Geometries Ltd.

Um Prozesse in der Produktentwicklung, -prüfung und -fertigung zu beschleunigen und einen noch höheren Qualitätsstandard garantieren zu können, setzt das Unternehmen Spelsberg in der Produktentwicklung für die schnelle und preisgünstige Prototypenherstellung einen 3D-Drucker ein. Im Polyjet-Verfahren stellt dieser mit hoher Genauigkeit und Oberflächenqualität im Schichtverfahren geometrische Prototypen her. Die dreidimensionalen Modelle aus lichtaushärtendem Kunststoff (Photopolymer) sind detailgetreu in ihrer Form. So werden während der Entwicklung neuer Produkte Funktion und Passgenauigkeit überprüft und Urmodelle für Duplizierungsverfahren hergestellt. Spelsberg übernimmt vom Prototypenbau über die individuelle Anpassung bis hin zur elektronischen Entwicklung und Bestückung kundenspezifischer Komplettsysteme alle Schritte. Die Komponenten werden vormontiert, teilverdrahtet oder anschlussfertig geliefert. Je nach Bedarf werden diese z.B. mit Elektronikbaugruppen, optischen Bauteilen, Bedienelementen oder Kommunikationsmodulen bestückt. Dadurch ist es möglich, ein breites Spektrum an Gehäusen und Gehäusesystemen für unterschiedliche Industriezweige anzubieten. Verwendung finden die Spelsberg-Produkte bspw. in der Mess- und Steuertechnik, der Telekommunikationstechnik, der Regeltechnik, der Rollladen- und Torsteuerung sowie in der Photovoltaik.

Time to market Erfolgsfaktor Zeit

Da die von Spelsberg gelieferten Komponenten beim Kunden meist direkt in die Produktion einfließen, müssen sie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Auch bei neu entwickelten Produkten kann sich Spelsberg keine Verzögerungen erlauben. Die Komponenten werden mit anderen Bauteilen kombiniert. Bereits im Vorfeld muss daher garantiert werden, dass die gelieferten Gehäuse, spezifische Baueinheiten oder Modulanschlussdosen nahtlos in das neue Endprodukt einbaubar sind. Beim Prototypenverfahren mit dem 3D-Drucker wird anhand von Daten, die zuvor mit einem modernen 3-D CAD-System in der Produktentwicklung erstellt wurden, ein dreidimensionaler Gegenstand gefertigt. Eine spezielle Software verwaltet dabei den Vorgang, bei dem mit der Polyjet-Technologie Photopolymer-Materialien in einzelnen, extrem dünnen Schichten von 0,016mm Stärke abwechselnd aufgetragen und mit UV-Licht ausgehärtet werden. Da es sich dabei um ein thermisches Verfahren mit Kunststoff handelt, wird zur Stabilisierung gleichzeitig ein geleeartiges Stützmaterial um das Modell gespritzt. Das biologisch unbedenkliche Material wird nach Abschluss des Fertigungsprozesses mit einem Wasserstrahl entfernt. Je nach Höhe bzw. Größe des Prototypen dauert dieser Prozess wenige Minuten bis einige Stunden. Um einen effizienten Prozessablauf zu gewährleisten, werden bei Spelsberg die Prototypen über Nacht gefertigt.

Prototypen für alle Lebenslagen

Dank eines breiten Spektrums an Kunststoffarten können die Modelle in verschiedenen Härtegraden, Farben, geometrischen Anordnungen und mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Der Einbau diverser Funktionalitäten wie z.B. die Snap-Funktion für Gehäuse und elektrische Komponenten ist sogar bei den Prototypen möglich. Zum Einsatz kommen die Prototypen bei der Entwicklung neuer Produkte als Konzept- und Anschauungsmodell, aber auch bei Funktionstests z.B. für frühzeitige Labortests. Mit der Investition in die 3D-Druckertechnologie ist es der Günther Spelsberg GmbH + Co. KG gelungen, die Auftragsbearbeitung bei individuellen Lösungen noch kundenfreundlicher und flexibler zu gestalten. Die Prototypen dienen den Ingenieuren und Planungsverantwortlichen als Konzept- und Anschauungsmodell. Durch ihre Detailtreue lassen sich Zusammenstellungen mit anderen Komponenten noch in der Planungs- und Entwicklungsphase überprüfen. Die sehr genauen Modelle können verklebt, bedruckt und z.B. mit Aluminium bedampft werden. Dies ermöglicht den Einsatz der Urmodelle für Folgeverfahren, etwa für kurzfristige Vervielfältigungen.

Bildquelle: Objet Geometries Ltd.

Neue Sichtweisen mit dem Produkt in der Hand

Durch die 3D-Modelle wird der Kunde frühzeitig auf mögliche Besonderheiten in der räumlichen Anordnung seines neuen Produkts aufmerksam, die in der zweidimensionalen Ansicht oder auch in der 3D-Simulation am Computerbildschirm nur schwer erkennbar sind. Dank der Modelle kann ein Kunde nicht nur unnötige Mehrausgaben in der Entwicklung vermeiden, er spart auch wertvolle Zeit und erreicht mit seinem Produkt schneller die Marktreife. Bereits frühzeitig kann Spelsberg an den Photopolymeren prüfen, ob die zu integrierende Elektronik tatsächlich mit den gefertigten Prototypen kombinierbar ist. Der Kunde bekommt nach seinen Vorgaben alles aus einer Hand. Für die Zertifizierung ihrer Produkte sind die meisten Hersteller auf eine externe Prüfung durch eine unabhängige Stelle angewiesen. Im Werk Schalksmühle wurden 2004 die Labors umfangreich erweitert und auch weitere eigene Prüfgeräte entwickelt, die Spelsberg für das UL "Client Test Data Program" bei Gehäusen qualifizieren. Die Labors und Geräte sind UL-zertifiziert, so können die notwendigen Prüfungen vor Ort durchgeführt werden. Spelsberg ist damit nicht mehr auf externe Prüfer und Termine angewiesen. Um die Einhaltung der geforderten Bedingungen sowie die Funktionstüchtigkeit der Geräte sicherzustellen, unterliegt das Prüflabor strengen Auflagen und wird jährlich auditiert.

Autor Andreas Scheib ist Leiter der Produktentwicklung bei der Günther Spelsberg GmbH + Co. KG in Schalksmühle.
Internet: www.spelsberg.de   


IT&PRODUCTION, 12-2008


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