Rösler Oberflächentechnik AM Solutions S1: Serientaugliche AM-Kunststoffteile

Die neue S1 von AM Solutions – 3D post processing technology für das automatisierte Entpulvern und Reinigen 3D-gedruckter Kunststoffteile sorgt bei Oechsler dafür, dass auch die Anforderungen an Reproduzier- und Nachverfolgbarkeit sowie Kosteneffizienz erfüllt werden.

Der in Ansbach ansässige Oechsler-Konzern, eine führende Unternehmensgruppe der Kunststofftechnik mit globaler Präsenz, beschäftigt sich seit 2017 intensiv mit der Additiven Fertigung und ist inzwischen einer der weltweit größten Hersteller kunststoffbasierter AM-Teile. In Kooperation mit führenden Herstellern von 3D-Druckern und entsprechenden Materiallieferanten wird die Massenproduktion additiv gefertigter Komponenten für Branchen wie Automobil, Haushalts- und gewerbliche Geräte und Sportartikel vorangetrieben. „Eine große Herausforderung im Bereich der Additiven Fertigung stellt das geeignete Post Processing dar. Dieser Teil der Prozesskette, welcher lange Zeit stiefmütterlich behandelt wurde, ist mitentscheidend für die Wirtschaftlichkeit und Qualität additiv gefertigter Produkte. Eine wichtige Aufgabe ist in diesem Zusammenhang die Entwicklung und Skalierung automatisierter Nachbearbeitungsprozesse“, erklärt Matthias Weißkopf, Senior Vice President Global Product & Technology Development bei Oechsler. „Die Erfahrungen von Oechsler in der Serienfertigung und den damit verbundenen Anforderungen an das Post Processing haben uns wiederum beim Feinschliff der Maschinenentwicklung sehr geholfen“, ergänzt Manuel Laux, Leiter von AM Solutions – 3D post processing technology.

In den Dämpfungspucks ist die eingebrachte Lattice-Struktur gut zu erkennen. Die Form- und Lageparameter der Gitterstäbe bestimmen über den Härtegrad des Dämpfungselements. (Bild: Oechsler AG)

Matthias Weißkopf
Senior Vice President Global Product & Technology Development bei Oechsler AG

„Das Post Processing, welches lange Zeit stiefmütterlich behandelt wurde, ist mitentscheidend für die Wirtschaftlichkeit und Qualität additiv gefertigter Produkte. In AM Solutions – 3D post processing technology haben wir einen Partner gefunden, der sich auf unsere Anforderungen eingelassen und gemeinsam mit uns eine optimale Lösung entwickelt hat. Wir sehen in dieser Partnerschaft daher viel Potenzial für zukünftige Entwicklungen.“

Reproduzierbarkeit – ein wesentliches Kriterium

Vor dieser Herausforderung stand das Unternehmen auch bei einem innovativen Produkt für einen namhaften deutschen Automobilhersteller. Um die in sogenannten Lattice-Strukturen aus einem fortschrittlichen Material gefertigten Komponenten in die Serienproduktion zu überführen, musste für die Nachbearbeitung eine automatisierte Lösung gefunden werden, die den Anforderungen der Automobilindustrie, insbesondere an die Reproduzierbarkeit, gerecht wird. „Zu Rösler bestand bereits eine sehr gute Geschäftsbeziehung aus der Vergangenheit, und auch durch den Hinweis unseres Kooperationspartners HP, haben wir uns intensiv mit dem neuen Geschäftsbereich AM Solutions – 3D post processing technology und dessen neuer Nachbearbeitungslösung S1 beschäftigt. Die Entscheidung pro AM Solutions fiel nach intensiven Gesprächen und Versuchen mit verschiedensten Anlagenherstellern aus dem Bereich des 3D Post Processings“, berichtet Matthias Weißkopf. Die speziell für die Nachbearbeitung additiv hergestellter Kunststoffteile entwickelte Strahlanlage ist nach dem Plug-and-play-Prinzip ausgeführt. Die automatisierte Bearbeitung der Komponenten erfolgt in einem rotierenden Drehkorb im Chargenbetrieb.

Ein möglicher Anwendungsfall ist ein Motorradsitz, der zur Gänze in Lattice-Struktur ausgeführt ist. (Bild: Oechsler AG)

Manuel Laux
Abteilungsleiter AM Solutions bei Rösler

„Reproduzierbarkeit ist das Zauberwort, wenn es um die Nachbearbeitung additiv gefertigter Teile geht. Nur wenn es gelingt, dass die Teile in immer gleich guter Qualität bereitgestellt werden, kann man von Serientauglichkeit sprechen.“

Flexibilität und Prozesssicherheit – entscheidende Faktoren

Ausschlaggebend beim Zuschlag für das Strahlsystem S1 waren einerseits die Unabhängigkeit von den zu bearbeitenden Materialien, beispielsweise PA, PP und TPU, und die Flexibilität beim Strahlen. Neben der automatisierten Bearbeitung kann die Anlage an der Steuerung einfach auf manuellen Betrieb umgestellt werden. Zeitaufwendige Umbau- oder Umrüstarbeiten, wie sie bei anderen Anlagen erforderlich sind, entfallen komplett. Weiterhin waren es verschiedene Ausstattungsdetails, die überzeugten. Dazu zählt z. B. die antistatische PU-Beschichtung von Anlage und Drehkorb sowie die Ausstattung mit ATEX-konformen Motoren und Ventilen. Punkten konnte das Strahlsystem auch durch seine ergonomische Be- und Entladung. Der Drehkorb verbleibt dabei komplett innerhalb der Anlage, sodass Verunreinigungen im Umfeld weitgehend vermieden werden. Weitere Aspekte, die bei der Entscheidung eine Rolle spielten, waren die automatische Überwachung und Speicherung verschiedener Prozessparameter sowie die integrierte Strahlmittelaufbereitung. „Diese serienmäßigen Features tragen wesentlich dazu bei, die in der Automobilindustrie, aber auch in anderen Branchen gestellten Anforderungen an die Sicherheit, Kosteneffizienz und Reproduzierbarkeit von Prozessen zu erfüllen und damit die Industrialisierung der Additiven Fertigung voranzutreiben“, berichtet Matthias Weißkopf.

Die Zwischenräume der Strukturen sind komplett mit Pulver gefüllt. Entpulvern und Reinigen geht dabei in der S1 vollautomatisch vonstatten. (Bild: Oechsler AG)

Infos zum Anwender

Die Oechsler AG, eine führende Unternehmensgruppe in der Kunststofftechnik mit globaler Präsenz und Hauptsitz in Ansbach/Mittelfranken, produziert mit einer globalen Flotte von 3D-Druckern Anwendungen in den Schlüsselindustrien Automobil, Sportartikel sowie produzierendes Gewerbe. Oechsler verfügt an insgesamt drei Standorten in Deutschland und China (Taicang) über ca. 150 3D-Drucker und betreibt somit weltweit eine der größten kunststoffbasierten Additiven Fertigungen in Serie. Dabei produziert das Unternehmen pro Jahr deutlich über eine Million Komponenten.
Die Oechsler-Gruppe beschäftigt rund 3.000 Mitarbeiter an den Produktionsstandorten in Ansbach, Ansbach-Brodswinden und Weißenburg sowie bei der chinesischen Tochtergesellschaft Oechsler Plastic Products Co. Ltd. in Taicang, der Oechsler Romania s.r.l. in Lipova, der Oechsler Mexico S.A. de C.V. in Querétaro und der Oechsler Motion LLC in Long An, Vietnam.

Konstruktive und offene Zusammenarbeit – schnell zum Ergebnis

Für die Anwendung von Oechsler entwickelten die Projektteams beider Unternehmen gemeinsam maßgeschneiderte Prozesse. Dabei sorgte eine sehr offene und konstruktive Arbeitsatmosphäre dafür, dass dies in vergleichsweise kurzer Zeit zum Erfolg führte und die Anlage Ende August 2020 von Oechsler in Betrieb genommen werden konnte. „Wir haben mit AM Solutions – 3D post processing technology einen Partner gefunden, der sich auf unsere Anforderungen eingelassen und gemeinsam mit uns eine optimale Lösung entwickelt hat. Wir sehen in dieser Partnerschaft daher viel Potenzial für zukünftige Entwicklungen“, lobt Weißkopf die Zusammenarbeit.

Die Gitterstrukturen müssen auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden. Die Einflussfaktoren sind vielfältig und müssen korrekt bewertet werden. (Bild: Oechsler Company Presentation)

Anwendungsbeispiel Dämpfungspucks

In einem konkreten Anwendungsfall wird der Vorteil des automatisierten Postprocessings deutlich. „Wir stellen unterschiedliche Dämpfungselemente für verschiedene Einsatzbereiche her. Die Dämpfungseigenschaften werden dabei über eine entsprechende Ausgestaltung sogenannter Lattice-Strukturen eingestellt. Diese Gitterstrukturen erlauben es, je nach Material und Geometrie ganz konkrete Dämpfungseigenschaften zu erzielen. Dabei spielen sowohl die Geometrie der Gitter, die Stärke der Gitterstäbe als auch die Größe der Gitter eine wesentliche Rolle“, geht Weißkopf ins Detail und ergänzt: „die Schwierigkeit besteht darin, die Teile nach dem Bauprozess möglichst gleichmäßig nachzubearbeiten, wobei nicht nur eine gründliche Reinigung zu erzielen ist, sondern auch eine möglichst gleichmäßige Oberflächenstruktur über alle Bauteile. Bei Lattice-Strukturen besteht die große Herausforderung darin, die tief innenliegenden Strukturen in der gleichen Qualität wie im Randbereich zu bearbeiten.“

Dämpfungselemente aus derartigen Lattice-Strukturen sind in vielfältigen Einsatzszenarien denkbar. Sowohl in Autositzen als flexible Stützen als auch als Auflagen in Helmen sind sie in der Lage, für Komfort zu sorgen und gleichzeitig Luftdurchlässigkeit zu gewähren. Da diese Dämpfungselemente als Serienbauteile oft in großen Stückzahlen produziert werden, ist es besonders wichtig, dass auch in der Nachbearbeitung eine reproduzierbare Qualität gewährleistet wird. „Der Anwendungsfall für die Dämpfungspucks ist ein Paradebeispiel, wie Additive Fertigung Einzug in die Serienproduktion findet. Reproduzierbarkeit ist hier das Zauberwort. Nur wenn es gelingt, dass die Teile in immer gleich guter Qualität bereitgestellt werden können, kann man von Serientauglichkeit sprechen“, ergänzt Laux.

Reproduzierbarkeit als Schlüssel zur Wirtschaftlichkeit

Das S1 Strahlsystem liefert dabei höchste Reproduzierbarkeit bei geringer Zykluszeit. Dabei erfolgt eine gleichmäßige Bearbeitung von allen Seiten, um Pulverreste sicher aus allen Bereichen zu entfernen. „Beeindruckend ist auch, wie schonend das System dabei arbeitet. Das ist speziell bei filigraneren Lattice-Strukturen ein entscheidender Vorteil. Dass das System völlig autark arbeitet, erlaubt zudem eine mannarme Fertigung, was sich selbstverständlich auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt“, freut sich Weißkopf. Mit der Einführung des S1 Strahlsystems hat man bei Oechsler einen wesentlichen Schritt zur Verbesserung getan. Das Unternehmen produziert an seinen unterschiedlichen Standorten in Summe deutlich über eine Million Komponenten additiv und zählt somit zu den wenigen Unternehmen, die weltweit eine Massenproduktion für additiv gefertigte Komponenten anbieten können.