anwenderreportage

Prototyp im Originalwerkstoff

Wenn Bauteile in der Serie im Spritzgießverfahren hergestellt werden, wünschen sich Kunden bereits den Prototyp oder das Funktionsmuster im Originalwerkstoff. Verständlich, denn: Jedes Teil fordert vom Material ein bestimmtes Eigenschaftsprofil, das Einfluss auf die Funktion hat. Bereits seit 2014 setzt die PSZ electronic GmbH deshalb auf den Freeformer von Arburg. Eine Erfolgsgeschichte in der Additiven Fertigung im AKF-Verfahren. Von Georg Schöpf, x-technik

Auf dem Freeformer bei PSZ werden Prototypen und Kleinserien im Originalwerkstoff hergestellt.

Auf dem Freeformer bei PSZ werden Prototypen und Kleinserien im Originalwerkstoff hergestellt.

Shortcut

Aufgabenstellung: Erstellen von Prototypen und Funktionsbauteilen im Originalwerkstoff der Spritzguss-Serienteile.

Material: PC-ABS und andere.

Lösung: Arburg Kunststoff Freiformen.

Nutzen: Die Prototypen und Funktionsbauteile verfügen über die gleichen Materialeigenschaften wie das Serienteil.

„In der nördlichen Oberpfalz dahoam, aber in der Welt zu Hause“, das ist der Slogan der PSZ electronic GmbH. Das 2003 als Ingenieurbüro gegründete Unternehmen hat sich schnell in unterschiedlichsten Branchen einen Namen gemacht. Zu den Kunden zählen neben Heizungs- und Anlagenbauern auch die Medizinbranche, die Baumaschinen- und Landmaschinenbranche sowie die Konsumgüterindustrie. Im Laufe der Jahre hat man sich, aus der Fertigung von Kabelsätzen und elektromechanischen Baugruppen, zum Entwicklungspartner sowie Systemlieferanten mit Rapid Prototyping und Serienfertigung in Losgrößen von einem bis mehreren tausend Stück entwickelt.

„Ein wesentlicher Aspekt unserer Leistung ist die Unterstützung unserer Kunden bei der Entwicklung ihrer Komponenten. Meist kommen die Kunden mit einer Aufgabenstellung zu uns, bei der sie noch keine konkreten Ansätze für die Umsetzung haben. Wir beginnen dann gemeinsam mit dem Kunden das Anforderungsprofil für die jeweilige Komponente zu beschreiben und unterbreiten im Anschluss mehrere Vorschläge für die Umsetzung“, erklärt Philipp Friedl, Projektmanager Additive Fertigung bei PSZ, deren Herangehensweise an Kundenprojekte. „Da wir bei dieser Vorgehensweise oft mehrere Iterationsschleifen benötigen, um zum endgültigen Teil zu gelangen, war für uns schon sehr früh die Additive Fertigung ein hilfreiches Werkzeug in der Designfindung. Wir haben früher im wesentlichen Musterteile aus Polyamid im SLS-Verfahren bei einem Dienstleister fertigen lassen. Allerdings sind die Durchlaufzeiten, obwohl es beim Lasersintern ja durchaus schnell geht, aufgrund der Zustellungszeiten und der Gesamtlogistik in Summe oft zu lang – zumal es sich bei mehreren Iterationen einfach summiert“, erinnert sich Friedl.

Auf dem Freeformer ist es möglich, Geometrien auch für Presspassungen auf Maß zu fertigen. Hier: Ein Spritzgussteil wird in eine Aufnahme eingepresst.

Auf dem Freeformer ist es möglich, Geometrien auch für Presspassungen auf Maß zu fertigen. Hier: Ein Spritzgussteil wird in eine Aufnahme eingepresst.

Dr. Ing. Michael Salinas
Manager Additive Fertigung bei Arburg

„Kunden wie PSZ sind für uns wichtige Partner in der Weiterentwicklung des Freeformer. Sie versorgen uns mit konkreten Hinweisen, die uns helfen, unsere Maschinen an die Anforderungen der Industrie anzupassen.“

Originalwerkstoff durch nichts zu ersetzen

Darüber hinaus würden die Kunden immer öfter darauf bestehen, ihre Muster im Originalwerkstoff zu bekommen und auch bei der Teileentwicklung würde die Nutzung des Originalwerkstoffes der Qualität des fertigen Serienteils zugutekommen, weiß der Projektmanager.

Seit dem Einstieg des Unternehmens in die Kunststofftechnik, inklusive eigener Kunststoff-Spritzgießerei, im Jahre 2012, setzt das bayrische Unternehmen auf Maschinentechnik von Arburg.

„Uns freut es natürlich sehr, dass PSZ auch im Bereich der Additiven Fertigung auf unser System setzt“, bemerkt Michael Salinas erfreut. Er ist Manager Additive Manufacturing bei Arburg. „Dabei war das nicht von vornherein klar. Wir hatten ja ganz gute Erfahrungen mit den PA-Teilen, haben aber schon bemerkt, dass es ein enormer Vorteil ist, Standardgranulate verarbeiten zu können. Außerdem bietet das Arburg Kunststoff Freiformen (AKF) die Möglichkeit, über die Anpassung der Prozessparameter die Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen. So sind wir in der Lage, in Zusammenarbeit mit den Materiallieferanten Rezepturen zu finden, die in der Prototypenfertigung am Freeformer sehr gute Ergebnisse ermöglichen und danach auf den Spritzgießmaschinen in gleicher Rezeptur in die Serie gehen können“, ergänzt Friedl.

Auch Schnappverbindungen für Steckerprototypen aus der Kabelkonfektionierung können im AKF realisiert werden.

Auch Schnappverbindungen für Steckerprototypen aus der Kabelkonfektionierung können im AKF realisiert werden.

Philipp Friedl
Projektingenieur für Kunststofftechnik bei der PSZ electronic GmbH

„Da man mit dem Freeformer Standardgranulate als Ausgangsmaterial verwenden kann, ist er für uns das ideale System, um praxistaugliche Prototypen und Funktionsmuster für unsere Kunden herzustellen, die manchmal auch direkt in den Einsatz übernommen werden.“

Erweiterung des Materialspektrums

Der Arburg Freeformer, der bei PSZ im Einsatz ist, trägt die Seriennummer 53 und zählt damit wohl zu den ersten kommerziellen Maschinen im proprietären Arburg-Verfahren. „Für uns hat es sich als enormer Vorteil erwiesen, so früh schon in die AKF-Technologie einzusteigen. Dadurch waren wir in der Lage, in enger Zusammenarbeit mit Arburg die Technologie für uns zu erschließen und sind dadurch jetzt imstande, den Freeformer souverän in Kundenprojekten nutzen zu können. Prototypen und Funktionsmuster direkt im Originalwerkstoff herstellen zu können bietet uns einen Vorteil in der Projektabwicklung, den wir klar dem Freeformer verdanken“, verrät der Projektmanager. Schwerpunktmäßig verarbeitet man bei PSZ auf dem Freeformer ein Kombimaterial aus Polycarbonat und ABS, das zusätzlich mit einem Flammschutz versehen ist. Ein Werkstoff, der sich für viele Elektronikanwendungen bestens eignet. „Wichtig ist dabei, dass das Originalmaterial nach der Verarbeitung immer noch das gleiche Eigenschaftsprofil aufweist, damit in den Tests sichergestellt werden kann, dass das Serienteil am Ende den Anforderungen gerecht wird“, weiß Salinas. Das PC-ABS, das mittlerweile zum Einsatz kommt, wurde auf dem Freeformer qualifiziert und hat sich für viele Anwendungen als ideal erwiesen. Es lässt sich in der identischen Rezeptur auch problemlos auf Spritzgießmaschinen verarbeiten und bietet ein Eigenschaftsprofil, das hinsichtlich Schlagfestigkeit, Biegemodul und Zugfestigkeit alle Anforderungen zufriedenstellend erfüllt.

Im Wesentlichen resultiert dieses problemlose Zusammenspiel daraus, dass die Plastifizierung des Materials im Freeformer im Grunde auf dieselbe Weise funktioniert, wie bei den Arburg-Spritzgießmaschinen. Neben dem erwähnten PC-ABS-Material verwendet man bei PSZ zudem noch Polycarbonat und thermoplastische Elastomere. Aus etwa acht qualifizierten Materialien haben sich diese drei als gut verarbeitbar herauskristallisiert. Daneben finden selbstverständlich auch die von Arburg vorqualifizierten Materialien Verwendung. „Speziell die TPU- und TPE-Werkstoffe sind für uns besonders interessant. Bislang gelingt es uns schon gut, eine Flexibilität von 80 Shore zu erreichen. Ziel ist es in Bereiche von 40 oder gar 30 Shore zu gelangen.

In der Entstehungsphase neuer Steckverbindungen werden additiv gefertigte Teile für die Erprobung und Optimierung eingesetzt. V.l.: Additiv gefertigte Einzelteile, in Originalwerkstoff eingespritzte additiv gefertigte Hülse mit Steckverbindern, fertig konfektionierter Stecker im gespritzten Werkstoff.

In der Entstehungsphase neuer Steckverbindungen werden additiv gefertigte Teile für die Erprobung und Optimierung eingesetzt. V.l.: Additiv gefertigte Einzelteile, in Originalwerkstoff eingespritzte additiv gefertigte Hülse mit Steckverbindern, fertig konfektionierter Stecker im gespritzten Werkstoff.

Infos zum Anwender

Die 2003 als Ingenieurbüro gegründete und im bayrischen Vohenstrauß ansässige PSZ electronic GmbH fertigt Kabelkonfektionen, komplexe Kabelsätze, Schaltschränke und komplette Baugruppen inklusive Spritzgussteilen und bietet die dazugehörige komplette Planung. Über 1.200 Mitarbeiter an vier Standorten in Deutschland, Tschechien, Tunesien und Albanien sorgen damit für beste Verbindung in der Heizungs- und Klimatechnik, im Maschinen-, Anlagen- und Gerätebau.

Laufenden Verbesserungen

„Diese Werte in Materialkombinationen einsetzen zu können ist für uns ein weiterer Vorteil in der Prototypenfertigung. Meiner Meinung nach lässt sich das im Moment nur im AKF-Verfahren realisieren“, so Friedl, der ergänzt: „Erfreulich ist auch, dass Softwareseitig einige Anpassungen gemacht wurden. So ist mit dem neuen Softwarerelease eine klare Verbesserung in den Aufbauraten erkennbar. Wir sprechen da von immerhin mehr als 30 % Geschwindigkeitszuwachs.“ Dass die Entwicklungen bei Arburg nicht nur im Maschinenbereich mit der Vorstellung des neuen Freeformer 3X-300 vonstattengehen, sondern ganz besonders auch bei der Software und beim Material, bestätigt auch Michael Salinas und fasst zusammen: „Kunden wie die PSZ electronic GmbH sind für uns und unsere Entwicklungsabteilung besonders wichtige Partner. Bei ihnen können wir erfahren, welche Anforderungen der Markt aktuell an die Systemlieferanten stellt. Im direkten Kontakt mit einem Anwender, der das AKF schon seit fünf Jahren nutzt, erfahren wir, wo wir noch Verbesserungen anbringen können und welche Faktoren im praktischen Einsatz besonders wichtig sind. Denn schlussendlich sollen sich die Maschinen im praktischen Einsatz bewähren und kontinuierlich gute Ergebnisse liefern.“

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