SpaceClaim: Datendrehscheibe für 3D-Druck

Schnelle Möglichkeit zum 3D-Druck: Lasersintern an der EOS P110 Lasersinter-Maschine mit hoher Festigkeit und Qualität – größere Serien entstehen bei FORMRISE auf der neuen EOS P396 in höchster Präzision.

Bei der additiven Fertigungstechnologie Lasersintern wird durch das Ablagern von Material auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten schichtweise ein Werkstück aufgebaut. „Diese Art des „3D-Druckes“ liefert sehr genaue, mechanisch hoch belastbare und für den Serieneinsatz geeignete Bauteile“, erklärt Peter Spitzwieser, Inhaber und Geschäftsführer der Formrise GmbH.

Vierzehn Jahre lang hat er Industriekunden beraten, die mit Anlagen zum Lasersintern spezielle Fertigungsaufgaben wirtschaftlich lösen wollten. Selbst ohne das Geschäft mit schnellen Prototypen gibt es dafür seiner Meinung nach ein großes Marktpotenzial. „Doch nur bei jedem zehnten möglichen Anwender fand ich genügend Substanz zur Auslastung eigener Produktionseinrichtungen“, berichtet der gelernte Werkzeugmacher. Heute kümmert er sich um die restlichen neuen Bedarfsfälle.

Seine 2014 mit dem Partner Robert Razavi gegründete Formrise GmbH unterstützt Unternehmen in allen Bereichen der Industrie mit Dienstleistungen rund um die neue Technologie 3D-Druck: Spezifische Bauteilentwicklung, Anwendungsberatung und Konstruktionsworkshops für die verschiedenen Verfahren gehören dazu – doch im Zentrum steht die Serienfertigung von Kunststoffteilen im Lasersintern.

Kleinserien für zahlreiche Branchen

In der Fertigungshalle arbeitet eine FORMIGA P 110, ein flexibles und hochproduktives System für eine wirtschaftliche Kleinserienproduktion von individualisierten Produkten mit komplexen Geometrien. Eine weitere, größere EOS P 396 erlaubt die hochproduktive Fertigung von Serienbauteilen in einem Bauraum von 300 x 300 x 600 mm. Ebenso lassen sich Ersatzteile, Funktionsprototypen oder Modelle herstellen.

Im Produktionsverfahren wird eine dünne Schicht des Pulverwerkstoffs auf die Bauplattform aufgetragen. Ein Hochleistungslaser schmilzt das Pulver exakt an den Stellen auf, welche die computergenerierten Bauteil-Konstruktionsdaten vorgeben. Danach senkt sich die Fertigungsplattform um eine Schichtstärke zwischen 40 und 150 µm ab. Dann folgt der nächste Pulverauftrag. Der Werkstoff wird erneut aufgetragen und verbindet sich an den definierten Stellen mit der darunterliegenden Schicht. Dadurch lassen sich innenliegende Strukturen und Hinterschneidungen ebenso wie ineinander verschachtelte, unterschiedliche Bauteile in einem Arbeitsgang fertigen.

Beispielteile der additiven Fertigungstechnologie Lasersintern.

Fremde 3D-Modelle als Ausgangsbasis

Die wirtschaftlichen Vorteile ergeben sich meist daraus, dass die Bauteile ohne Zwischenschritte und Werkzeuge direkt aus 3D CAD-Modellen entstehen. „Dazu muss man wissen, wie man ein solches Bauteil aufbaut“, sagt Peter Spitzwieser. „Es gibt für diese junge Technologie noch keine Konstruktions- oder Fertigungsgrundlagen.“

Einerseits vermittelt Formrise den potenziellen Kunden dieses Wissen in Beratungen und Workshops. Andererseits können diese auch auf Dienstleistungen des Unternehmens zurückgreifen. „Größere Konstruktionsarbeiten vergeben wir an freiberufliche Mitarbeiter“, so der Geschäftsführer und Formrise-Inhaber. „Kleinere Nachzeichnungen oder Entwicklungen erledigen wir selbst.“

Das ideale 3D CAD-System für diese Aufgaben hat Peter Spitzwieser durch Zufall auf einer Messe entdeckt. Wolfgang Geist, Geschäftsführer des Vertriebspartners Conweb, hat ihm dort die Möglichkeiten der amerikanischen Software SpaceClaim vorgeführt. Das umfangreiche System ermöglicht direkte Beeinflussungen der Geometrie, ohne Rücksicht auf Strukturbaum oder Konstruktionshistorie. „Mit einfachem Modellieren kann ich meine technischen Vorstellungen sofort umsetzen“, sagt Spitzwieser. „Gegenüber klassischem CAD bedeutet dies einen großen Vorteil.“ Die Investition betrug nur etwa ein Drittel der veranschlagten Summe für einen CAD-Arbeitsplatz – und dazu gab es eine doppelte Lizenz: „Durch die Home-Lizenz von SpaceClaim kann ich auch zu Hause an meinen Projekten arbeiten, ohne jedes Mal den Software-Dongle abziehen zu müssen.“ Ohne CAD-spezifische Vorkenntnisse konnte sich der gelernte Werkzeugbauer anhand von Online-Tutorials selbst mit dem System vertraut machen.

Einfaches Arbeiten – hohe Produktivität

In der Regel liefern die Kunden ihre Daten in IGES- oder STEP-Formaten an – doch auch Parasolid-Dateien lassen sich problemlos und vollständig importieren. Dann beginnt die Detailarbeit: Die Bauteile werden optimal platziert, Toleranzen und Oberflächen überprüft, Radien angepasst, Offsets angebracht. Die Modelle müssen eben auf das Lasersintern vorbereitet werden, damit das Ergebnis stimmt. Kleine Veränderungen können signifikante Verbesserungen hinsichtlich Festigkeit, Formtreue und Funktion mit sich bringen. „Für alle diese Änderungen finde ich in SpaceClaim die richtigen Werkzeuge, die ich sofort auf die Geometrie anwenden kann“, berichtet Peter Spitzwieser. Nur in Ausnahmefällen – etwa wenn Ersatzteile gefertigt werden müssen, für die es noch kein 3D-Modell gibt – erstellt er die Konstruktion. Dazu gibt es zahlreiche verschiedene Möglichkeiten, die schnell zu den gewünschten Ergebnissen führen. „Das Programm ist perfekt, wenn man nur etwas ändern möchte. Doch genauso einfach ist es, neue Modelle ohne Strukturbaum zu erstellen.“

Wenn die vorbereitenden Änderungen abgeschlossen sind, werden die Modelle in STL-Daten umgewandelt und abgespeichert. Damit werden die Schichten definiert, welche die Anlagen auftragen müssen. Auch für SLT-Dateien gibt es weitere Beeinflussungsmöglichkeiten wie Skalieren, Modellieren oder Schneiden.

Solides Geschäftsmodell

Obwohl die üblichen Zeichnungsfunktionen nicht oft benötigt werden, bringt es Vorteile, ein umfangreiches und vollwertiges 2D/3D-System wie SpaceClaim im Haus zu haben. So lassen sich schnell einmal Bohrschablonen von einem Modell ableiten oder fertigungsbedingte Änderungen dokumentieren, während die Maschinen das Modell bereits herstellen. Diese arbeiten in Nachtschicht und am Wochenende – es spielt keine große Rolle, wann die Teile entnommen und von dem restlichen Material befreit werden.

Dies wird übrigens vollständig gesammelt und mit neuem Pulver vermischt bei der nächsten Produktion wiederverwendet. Peter Spitzwieser ist sicher: „Das macht Lasersintern zu einem wirtschaftlichen Fertigungsprozess. Der bietet konstruktive Freiheiten, die mit anderen Fertigungsverfahren nicht möglich sind. SpaceClaim ist das richtige System, um diese Freiheiten auszuschöpfen.“