Die Entwicklungsabteilung von Riegler nutzt die selbst gedruckten Prototypen, vor allem wenn es um komplexe Systemkomponenten geht – hier ein 3D-gedruckter Kassettendeckel in grauem Kunstharz bei einer Auflösung von 25 Mikron. (Bild: Riegler)
Der Kunststoffverarbeiter Riegler nutzt den hausinternen 3D-Druck, um die Produktentwicklung zu beschleunigen und zu verbessern. „Früher konnten wir nur wenige Variationen eines Prototyps testen, und außerdem dauerte die externe Prototypenherstellung mehrere Wochen“, sagt Klaus Oswald, Konstruktions- und Entwicklungsleiter bei dem Kunststoffverarbeiter. (Bildquelle: Riegler)
Von einem Medizintechnik-Unternehmen erhielt der Kunststoffverarbeiter Riegler aus dem südhessischen Mühltal den Aufrag, Komponenten für Diagnostik-Systeme zur automatisierten Blutanalyse zu entwickeln und herzustellen. Der Auftrag umfasste zwei Eckpunkte:
Die Entwicklung der Behälter: Sie müssen kompatibel mit unterschiedlichsten Analysesubstanzen sein und geeignet für das Processing auf vollautomatisierten Blutanalysegeräten. Die Behälter müssen einen sicheren Transport des Bluts ermöglichen, auch bei Unterdruck im Flugzeug, sowie verschiedenste Prozessparameter tolerieren.
Die Fertigung der Behälter: Herstellung im Reinraum in hohen Stückzahlen mit vollautomatischer Montage, darunter das Laserverschweißen von Komponenten und die Qualitätsprüfung der Fertigung mit Kameras.
3D-Druck in der Produktentwicklung
Der Kunststoffverarbeiter, der rund 300 Mitarbeiter beschäftigt, nutzte seit Jahren den externen 3D-Druck, um Prototypen von komplexen Mustern herstellen zu lassen. Im ersten Schritt sind solche Prototypen dazu gut, den Auftrag in der Entwicklung erteilen. Prototypen-Varianten wurden aus Kostengründen aber nur selten als 3D-Modelle erstellt und auch Funktionsprüfungen gab es nur in begründeten Fällen. Die Prototypen werden außerdem für umfassende Tests gebraucht – die spätere, millionenfache Fertigung solcher Baugruppen in Extrusionsblas- oder Spritzgießverfahren machen umfassende Tests einfach unabdingbar. Gleichzeitig wünschen sich die Kunden aber auch Schnelligkeit in der Entwicklung.
Der Zeit- und Kostenaufwand für die externen Dienstleister zur Prototypen-Herstellung waren Riegler auf Dauer jedoch zu groß, um wirtschaftlich zu sein. Daher beschloss der Kunststoffverarbeiter, in einen betriebsinternen 3D-Druck mittels Stereolithografie (SLA-Verfahren) zu investieren, und schaffte einen Desktop-3D-Drucker des US-amerikanischen Druckerhersteller Formlabs an, Modell ‚Form2‘. Durch die Möglichkeit, Prototypen mit eigenen 3D-Druckern herstellen zu können, konnte Riegler letztlich den Auftrag des Diagnostik-Unternehmens gewinnen. So nämlich konnte der Konstruktions- und Entwicklungsleiter bei Riegler, Klaus Oswald, und sein Team dem Auftraggeber innerhalb von Tagen anstatt Wochen und zu einem Bruchteil der früheren Kosten Muster (Prototypen) zeigen und deren Funktionalität überprüfen, bevor die Teile millionenfach gefertigt und montiert werden.
Die Entwicklungsabteilung von Riegler nutzt die selbst gedruckten Prototypen, vor allem wenn es um komplexe Systemkomponenten geht – hier ein 3D-gedruckter Kassettendeckel in grauem Kunstharz bei einer Auflösung von 25 Mikron. (Bildquelle: Riegler)
Vorteile des internen 3D-Drucks
Für das Entwicklungsteam von Riegler liegt ein großer Vorteil im internen 3D-Druck darin, dass es nach dem Produktdesign (3D-CAD) praktisch über Nacht ein Muster beziehungsweise einen Entwurf herstellen kann.“Wir können unsere Entwürfe sofort auf Funktionen, Dimensionen, Ergonomie und andere kritische Parameter begutachten“, erläutert Oswald. „Danach können wir Änderungen in das 3D-Modell einbringen und es erneut ausdrucken. Am nächsten Tag liegen die fertig gedruckten Teile vor und können erneut bewertet werden. Erst wenn wir zufrieden sind, leiten wir dann den nächsten Entwicklungsschritt ein.”
Die gedruckten Prototypen optimieren nicht nur den internen Entwicklungs- und Produktionsprozess, sondern erhöhen auch die Sicherheit in der Auftragslage. “Gedruckte Design-Modelle können bei den Kunden vorgestellt und in Originalgröße in die Hand genommen und bewertet werden. Bei sehr kleinen Teilen kann mit Hilfe vergrößerter Modelle die Funktion erklärt werden.” So werden Unsicherheiten bei der Entwicklung vermieden.
Mit dem 3D-Drucker ‚Form 2‘ benötigten die Entwickler bei Riegler im Idealfall nur noch einen Tag und eine Nacht, um von der Idee zum 3D-Modell zu kommen. Der zeitliche Vorlauf dafür beträgt etwa 8 Stunden. Der externe 3D-Druck erforderte dagegen 1 bis 2 Wochen Vorlauf, zusätzlich zu mindestens einer Woche für Bedarfsanforderung und Einkauf im eigenen Haus.
Dazu kommen klare Kosteneinsparungen: Während die Kassettendeckel für das Diagnostik-System rund 250 Euro mit einem externen 3D-Druckdienstleister gekostet hätten, liegen die Materialkosten beim internen 3D-Druck bei 60 Euro. Das Standardmaterial von Formlabs entspricht dabei den Anforderungen an eine PP- und PE-ähnliche Oberfläche, erlaubt Festigkeiten und Funktionen zu überprüfen und Fehler zu eliminieren.
Im nächsten Schritt will Riegler mit dem 3D-Drucker metallische Formeinsätze für das Spritzgießwerkzeug herstellen, um die Teile aus Originalmaterial auf einer Spritzgießmaschine herstellen zu können. Der Einsatz für den Formenbau wäre somit ein zweites Einsatzgebiet für den betriebsinternen 3D-Druck bei Riegler.
