Neue Ära des Digital Manufacturing

Auch konventionelle Fertigungsverfahren wie CNC-Fräsen haben ihren festen Platz im Leistungsangebot.

Die Welt der Produktion wird um immer mehr Verfahren bereichert. Additive Fertigungsverfahren sind hierzu ein schönes Beispiel.

Proto Labs ermöglicht es diesbezüglich, aus einigen Klassen von Fertigungsverfahren auszuwählen: Stereolithographie (Additive Fertigung), CNC-Bearbeitung, Kunststoffspritzguss und Spritzgießen mit Flüssigsilikon. Neu ist der Dienst „Additive Fertigung“ mit dem Stereolithographie-(SL-)Verfahren.

Hierbei wird mit einem ultravioletten Laser flüssiger Duroplast-Kunststoff punktgenau belichtet, der bei Lichtkontakt aushärtet. Auf diese Weise werden auf die Oberfläche des flüssigen Kunststoffs hauchdünne, zweidimensionale Querschnitte „gezeichnet“. Das wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das 3D-Modell fertiggestellt ist.

Zu Beginn der SL-Bauvorbereitungsphase werden die Teile virtuell auf der Bauplattform positioniert und die erforderlichen strategischen Stützgeometrien werden erzeugt. Zuerst werden automatisierte Stützen positioniert – gefolgt von zusätzlichen, manuell positionierten Stützen. Sie sind erforderlich, um zu verhindern, dass die auf die Oberfläche des flüssigen Ausgangsstoffes aufgebrachten Schichten „wegschwimmen“ bzw. einbrechen.

Dann führen die Bauvorbereitungstechniker von Proto Labs eine Überprüfung aller Schichten durch, um sicherzustellen, dass der Bauteilaufbau auch tatsächlich gelingt. Bei einer Bauteilhöhe von 25 bis 50 mm sind 500 bis 1.000 Schichten notwendig. Die Toleranzen betragen in der Regel ± 0,05 mm bis ± 0,1 mm.

Übrigens laufen bereits die Vorbereitungen für die beiden weiteren Verfahren Selektives Lasersintern und Direktes Metall-Lasersintern, um von Proto Labs zeitnah angeboten werden zu können.

Hierzu ein bemerkenswertes Beispiel: Es steht die Entscheidung an, eine Kleinserie von Gehäusen zu fertigen, wobei man sich noch nicht endgültig auf das Fertigungsverfahren festgelegt hat und das CAD-Modell in dieser Hinsicht folglich noch nicht optimiert ist. Warum also nicht über die Homepage von Proto Labs das CAD-Modell hochladen, um sich per SL-Verfahren ein Handmuster erstellen zu lassen und dieses in Hinsicht auf die Funktionstüchtigkeit zu begutachten? Im Anschluss daran steht die Entscheidung für die Fertigung von ca. 250 Stück an. Hier kommt dann das automatisierte, interaktive Angebotssystem von Proto Labs mit seinem umfangreichen Regelwerk zum tragen.

… oder die CNC-Bearbeitung ...

Schneller geht’s nicht

Proto Labs kann deshalb derart schnell auf Anfragen reagieren, weil es webbasierte Tools nutzt und auf ein Computer Cluster mit sage und schreibe 20,5 Teraflops Rechenleistung zugreift. Die Angebotssoftware z. B. antwortet auf das Hochladen eines 3D-Modells nicht nur mit Preis- und Lieferoptionen – wenn notwendig wird auch gleich am kommenden Tag geliefert – sondern präsentiert gleichzeitig Optimierungsvorschläge für den eingereichten 3D-Entwurf. Dieser Prozess kann von ein paar Minuten bis zu einigen Stunden dauern – in jedem Fall viel weniger als die Tage oder gar Wochen, die der Anwender an Zeit für den Entscheidungsprozess mit einem traditionellen Formenbauer oder Gießer benötigt.

Proto Labs verwendet den Cluster für seine im Haus entwickelte CAM-Software zur Generierung der optimierten Werkzeugwege oder der Route des Lasers. Aktuell widmen sich mehr als 50 eigene Mitarbeiter der ständigen Verbesserung der Software, die es möglich macht, dass auch über 10.000 Teile in nur wenigen Tagen geliefert werden.

Es geht voran, auch im deutschsprachigen Markt

Proto Labs Inc. (in Europa: Proto Labs Ltd.) hat seinen Hauptsitz in Maple Plain im US Bundesstaat Minnesota. 1999 wurde das Unternehmen von Larry Lukis als „Protomold Company, Inc.“ gegründet. Zunächst wurde nur der Spritzgussschnelldienst angeboten – und Lukis steckte als Chief Technology Officer tief im operativen Geschäft.

Brad Cleveland übernahm 2001 den Posten als Chief Executive Officer (CEO) und entlastete damit Lukis beim Daily Business. 2005 wurde die erste Fabrik im britischen Telford eröffnet, damit wurden die Aktivitäten auf Europa ausgedehnt. Zwei Jahre später wurde der Schnellfräsdienst eingeführt, und seit 2009 firmiert man unter „Proto Labs Inc.“, um deutlich zu machen, dass eben zwei unterschiedliche Dienstleistungen angeboten werden.

Das Angebot rund um die CNC-Bearbeitung wurde um die Materialien ABS, Nylon und Peek erweitert. Im Februar 2012 fühlte man sich erfolgreich genug, um an der Börse zu reüssieren. 2013 konnten bereits Erlöse in Höhe von US $ 150 Mio. erzielt werden – ein Jahr später waren es immerhin schon 200 Mio.

Im vergangenen Jahr ging man auf Einkaufstour und übernahm den 3D-Druckdienstleister FineLine Prototyping, mit dem das Angebot in Richtung Additive Fertigungsverfahren ausgeweitet wurde – vermutlich eine weitere clevere Entscheidung zur Beschleunigung des eigenen Wachstums.

Proto Labs bedient neben den USA die Regionen Northern Europe, Central Europe und Southern Europe mit Niederlassungen in England, Frankreich und Deutschland. Japan bildet den Abschluss für die internationalen Produktionsstätten. Was lässt sich über diese Märkte berichten? Natürlich nur Gutes. Diese Geschäfte werden vom Standort Mosbach aus geführt. „Proto Labs verbindet deutsche Ingenieurskunst mit einem patentierten Onlinesystem, um Kunden hochwertige und einsatzfähige Teile innerhalb kürzester Zeit zu liefern. Als Folge der steigenden Nachfrage und des stetigen Erfolgs plant Proto Labs, sein Geschäft entscheidend auszubauen und bis Ende des Jahres die Mitarbeiterzahl um weitere 30 % zu erhöhen“, lässt sich hierzu einer aktuellen Unternehmensmitteilung entnehmen. Mit anderen Worten: Es geht auch hierzulande gut voran.

Im vergangenen Jahr verzeichnete Proto Labs ein weltweites geschäftliches Gesamtwachstum von stattlichen 30 Prozent, was ein deutlicher Wink dafür ist, wie richtig das Management mit seinem Geschäftsmodell liegt. Proto Labs hat sich längst aus der Nische des Lieferanten für Prototypen heraus in Richtung eines Industrie-4.0-Anbieters vom Schlage eines „Produce on Demand“ weiterentwickelt. Man ist sehr erfolgreich bei Produkten, die gerade auf den Markt kommen, die sich also an die sogenannten Early Adopters wenden. Interessanterweise zählen auch Firmen zum Kundenstamm, deren Produkte sich am Ende des Lebenszyklus befinden. Es handelt sich um Erzeugnisse, bei denen keine großen Innovationen mehr zu erwarten sind, die aber noch einmal angepasst werden müssen. Entscheidend ist dabei, dass die Stückzahlen beschränkt sind und die Investitionen nicht zu hoch sein dürfen. Ein anderes Themenfeld ist der Ersatz von Metall durch Kunststoff. Hierbei spielt der Leichtbau eine Rolle, aber auch Kostengründe sind zu nennen.

Fazit

Proto Labs hat sich zu einem Full-Service-Fertigungsdienstleister für Unternehmen jeglicher Art entwickelt, ganz gleich, ob es sich um kleine oder große Stückzahlen, um einfache Bauteile oder solche mit anspruchsvoller Geometrie handelt. Das Unternehmen ist jetzt in der Lage, drei unterschiedliche Verfahren nahezu vollständig digital abzuwickeln: CNC-Bearbeitung, Additive Fertigung und den Kunststoffspritzguss. Vor der unternehmerischen Leistung kann man also wirklich nur den Hut ziehen. Da kann doch mit Industrie 4.0 kommen was will – Kunden von Proto Labs sind gut gerüstet.

Erstveröffentlichung: Economic Engineering, Dr. Bernhard Valnion

Messe formnext: Halle 3.1, Stand F29