25 Jahre Rapid Prototyping

Die z-werkzeugbau-gmbh zählt im Bereich High-End-Finish und Oberflächenveredelungen zu den Top-Unternehmen des Landes. Die Business Unit Rapid Prototyping wird seit 2005, nach der Loslösung des kompletten Werkzeugbaus aus der Zumtobel-Gruppe, unter dem Namen z-prototyping geführt. Stereolithografie und Vakuumguss sind dabei Markenzeichen des Unternehmens und Teil der Spezialisierung, um im ständig steigenden Wettbewerb zu bestehen bzw. an der Spitze zu sein.

Stereolithografieteile aus Epoxidharz.

Stereolithografieteile aus Epoxidharz.

Wissenswertes zum Unternehmen

Die z-werkzeugbau-gmbh in Dornbirn erwirtschaftete zuletzt mit ca. 150 Mitarbeitern einen Jahresumsatz von EUR 25 Mio. Zum Leistungsspektrum des Unternehmens zählen vorwiegend die Stereolithografie, der Vakuumguss, das Kunststofflasersintern, Rapid Manufacturing und Rapid Tooling sowie Oberflächenveredelungen wie Lackieren, Bedrucken und Aluminiumbedampfen.

Der Geschäftsbereich Rapid Prototyping wird seit 2005, nach der Loslösung des kompletten Werkzeugbaus aus der Zumtobel-Gruppe, unter dem Namen z-prototyping geführt – Geschäftsführer ist Alexander Kainrath.

Das Unternehmen z-werkzeugbau-gmbh mit dem Geschäftsbereich z-prototyping in Dornbirn in Vorarlberg ist eines der Urgesteine im Bereich Rapid Prototyping in Europa. Als das Unternehmen noch als Zumtobel-Werkzeugbau im Zumtobel Konzern eingegliedert war, wurde mit dem Ankauf der Stereolithografieanlage SLA 500 (Anm. der Redaktion: die Erste in Österreich!) der Grundstein für diese Pioniergeschichte geschrieben.

Während man in den ersten Jahren noch mit den technologiebedingten Herausforderungen hinsichtlich Fertigung und Umgang des Acrylat-Epoxidharz-Gemisches zu kämpfen hatte, konnte sich das Unternehmen schnell zum Know-how-Träger für die Stereolithografie etablieren – und bald wurde die „Zumtobel-Qualität“ ein Markenzeichen innerhalb der Rapid Prototyping-Szene.

In den Jahren darauf wurde der Wettbewerb immer größer und viele neue Unternehmen stiegen in die sehr schnell wachsende Rapid Prototyping Branche ein. Aufgrund der Pionierarbeit und dem angesammelten Know-how im Bereich der Stereolithografie ergänzte Zumtobel-Werkzeugbau das Produktportfolio mit dem Vakuumguss-Verfahren. Das hochpräzise STL-Urmodell ist für die Vervielfältigung im Vakuumguss mit Silikonformen eine Grundvoraussetzung für perfekte Qualität. Das Angebot an die Kunden wurde mit Kunststofflasersintern (SLS) und Rapid Tooling (Spritzgussteile aus Aluminiumwerkzeugen) weiter ergänzt.

Nach 20 Jahren wurde im Jahre 2005 der komplette Werkzeugbau aus der Zumtobel-Gruppe herausgekauft und die z-werkzeugbau-gmbh gegründet. Die Business Unit Rapid Prototyping wird seitdem unter dem Namen z-prototyping geführt.

Alexander Kainrath
Geschäftsführer Business Unit z-prototyping, z-werkzeugbau-gmbh.

„Wir haben unser Bestreben nicht vordergründig dem Wachstum verschrieben, sondern sind durch Spezialisierung wie z. B. auf Stereolithografie und Vakuumguss zu einer „Edelschmiede“ im Rapid Prototyping geworden. Wir sind die Anlaufstelle für Firmen und Kunden mit höchsten Ansprüchen an Qualität und Präzision auf der Suche nach dem perfekten bzw. seriennahen Prototypen.“

Spezialisierung als Wettbewerbsvorteil

Alexander Kainrath, Geschäftsführer der Business Unit z-prototyping, dazu: „Wir haben uns über die letzten 25 Jahre sehr viel Erfahrung in den unterschiedlichsten Technologien und Verfahren angeeignet und uns mit hoher Präzision und Wertschöpfung im Bereich High-End-Finish und Oberflächenveredelungen eine zielgerichtete Marktposition erarbeitet und besetzt. Es kommt uns kundenseitig und auch technologiebedingt nicht auf Quantität sondern auf Qualität an. Deshalb haben wir unser Bestreben im vergangenen Vierteljahrhundert nicht vordergründig dem Wachstum verschrieben, sondern sind durch Spezialisierung wie z. B. auf Stereolithografie und Vakuumguss zu einer „Edelschmiede“ im Rapid Prototyping geworden. Wir sind die Anlaufstelle für Firmen und Kunden mit höchsten Ansprüchen an Qualität und Präzision auf der Suche nach dem perfekten bzw. seriennahen Prototypen. Als Business Unit der z-werkzeugbau-gmbh haben wir zusätzlich den großen Wettbewerbsvorteil, dass wir intern viele Servicestellen nutzen und damit unsere Organisation sehr schlank halten können. Das schlägt sich in einer sehr attraktiven Preisgestaltung nieder – und das schätzen unsere Kunden neben der hohen Qualität, Liefertreue und Beratung vor Ort natürlich sehr.“

Transparentes Stereolithografieteil.

Transparentes Stereolithografieteil.

Höchste Präzision mit Stereolithografie

Stereolithografie ist das präziseste generative Herstellungsverfahren im Kunststoffprototypenbereich. Durch die Detailgenauigkeit und Maßhaltigkeit können hochpräzise Bauteile hergestellt werden. Durch die sehr gute Bearbeitbarkeit des Epoxidharzes kann durch manuelles Schleifen und Polieren der Teile ein Höchstmaß an Präzision und Oberflächengüte erreicht werden. Durch weitere Prozessschritte wie z. B. Lackieren, Bedrucken oder Aluminiumbedampfen bietet sich ein großes Spektrum an Gestaltungsmöglichkeiten. Eingesetzt kann der Prototyp als Design oder Funktionsmuster u. a. für Messezwecke oder als Entscheidungsgrundlage für die Realisierung eines Produktes in der Großserie werden.

Prädestiniert ist die hohe Präzision des Stereolithografieverfahrens auch für den Einsatz im Vakuumguss. Das Vakuumgießverfahren bietet neben der Möglichkeit der kostengünstigen Vervielfältigung von STL-Teilen, vor allem für die Fertigung von Prototypenteilen mit hohen Anforderungen an die Materialeigenschaften und der Oberflächen, eine ideale Ergänzung zum STL-Verfahren.

Vakuumgießteile in 2-Komponenten-Ausführung.

Vakuumgießteile in 2-Komponenten-Ausführung.

Hohe Materialvielfalt beim Vakuumgießen

Auf dem gefinishten STL-Urmodell wird die Formtrennung aufgebracht und anschließend in einem speziellen Formkasten mit Silikon eingegossen. Unter Vakuum wird diese Form dann evakuiert und in einem Wärmeofen ausgehärtet. Nach dem Aufschneiden der Form wird diese für das Abgießen der Bauteile vorbereitet. Unter Vakuum werden dann die Bauteile aus PU-Gießharz gefertigt und dann wieder im Wärmeschrank ausgehärtet. Je nach Ausführung und Einsatzzweck werden die gegossenen Teile noch nachgearbeitet oder für weitere Prozessschritte vorbereitet.

Die große Materialbandbreite an PU-Gießharzen bietet nahezu unerschöpfliche Möglichkeiten, um seriennahe Prototypenteile hinsichtlich Materialeigenschaften, Farben und Oberflächen herzustellen. Es lässt sich mittlerweile jeder Thermoplast von den Materialeigenschaften her mit einem vergleichbaren PU-Gießharz nachstellen. Die Materialien können nach individuellem Farbwunsch eingefärbt werden – oder in transparenter bzw. auch in einer beliebig transluzenten Ausführung angefertigt werden. Meist kann das Urmodell bereits mit einer Oberflächenstruktur (Strukturlackierung gemäß VDI 3400) versehen werden. Die gegossenen Teile müssen dann nicht mehr nachträglich lackiert werden.

Mit speziellen PU-Gießharzen können Gummimaterialien nachgestellt werden, wobei durch das Mischen der einzelnen Komponenten PU-Gummi mit einer Shore A Härte von 30 bis 90 hergestellt werden können. Für sehr hohe Temperaturanforderungen kann auch Silikon mit einer Shore A Härte von wahlweise 45 oder 60 in speziellen STL-Formen abgegossen werden.

Prototyp oder schon Serie?

Prototyp oder schon Serie?

Manuelles Bearbeiten (Finishen).

Manuelles Bearbeiten (Finishen).

2-Komponenten-Technologie möglich

Neben den vielen Möglichkeiten hinsichtlich Material- und Farbwünschen der Kunden können auch Bauteile mit 2-Komponenten-Technologie gefertigt werden. Entweder wird die Weichkomponente in einer separaten Silikonform abgegossen – d. h. Hart- und Weichkomponente über je ein eigenes STL-Urmodell und Silikonform hergestellt – und dann miteinander verklebt. Oder man geht den Weg über zwei Silikonformen, in denen das Urmodell einmal ohne und einmal mit Weichkomponente abgebildet wird. Bei dieser Art wird die Weichkomponente direkt auf die Hartkomponente aufgegossen. Dies benötigt jedoch viel Erfahrung und hohe Präzision der Urmodelle und Silikonformen.

Die Kombination von Stereolithografie und Vakuumguss findet vor allem bei Design- und Messemustern ihre Anwendung. Die hohe Präzision und Oberflächenqualität in Verbindung mit der Vielfalt bei Materialien und Farben machen es möglich, sehr nahe an das spätere Serienteil heranzukommen – Optik und Haptik sehen sich zum Verwechseln ähnlich.

Öffnen der Form nach dem Gießprozess.

Öffnen der Form nach dem Gießprozess.

Silikonform in der Vakuumgießanlage.

Silikonform in der Vakuumgießanlage.

Erweitertes Leistungsspektrum

In den letzten 25 Jahren hat z-prototyping nach der Stereolithografie und dem Vakuumguss sowie der Oberflächenveredelung ihr Angebotsspektrum erweitert und bietet neben dem Kunststofflasersintern bzw. Rapid Manufacturing auch Vorserienteile im Spritzgussverfahren mit Serienmaterialien an. Mit einem Stammformkonzept werden in wenigen Wochen die Werkzeugeinsätze aus Aluminium gefräst und mit dem gewünschten Serienmaterial abgemustert. Es folgt dann hausintern eine Vermessung mit Prüfbericht und Dokumentation mit modernstem Messequipment.

Vertriebsmitarbeiter Klaus Gassner: „Persönliche Beratung vor Ort steht bei uns an oberster Stelle. Wir klären mit unseren Kunden zuerst die genauen Anforderungen ab und präsentieren dann die optimale Lösung für die Umsetzung – so erhält der Kunde das preiswerteste Angebot und die technisch beste Lösung für seine maßgeschneiderten Prototypen. Ein permanent hoher Qualitätslevel, die Einhaltung der zugesagten Liefertermine und ein stabiles und attraktives Preisniveau sind die bestimmenden Erfolgsfaktoren. Nur auf Basis von Verlässlichkeit und Vertrauen sind partnerschaftliche Geschäftsbeziehungen entstanden, die jetzt schon über Jahrzehnte hinweg Bestand haben.“

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