Schnelle Hilfe bei fehlenden Teilen

Der Fachbereich Additive Fertigung bei 1zu1prototypen umfasst eine umfangreiche Ausstattung sämtlicher Technologien im Bereich der Kunststofffertigung.

Ing. Hannes Hämmerle
Geschäftsführer der 1zu1 Prototypen GmbH

„Als Hersteller für industrielles Rapid Prototyping und Kleinserien sind wir darauf spezialisiert, schnell zum fertigen Teil zu kommen. Dafür setzen wir sowohl bewährte, als auch fortschrittliche Technologien ein. Unser Ziel ist immer beste Qualität bei niedrigen Durchlaufzeiten.
“

Wer kennt nicht den Moment, wenn an einer Maschine, einer Anlage oder einem Gerät eine Komponente kaputt geht. Handelt es sich um Anlagen jüngeren Datums und ist der Hersteller nicht allzu weit weg oder international vertreten, ist die Ersatzteilbeschaffung meist kein Problem. Ganz anders sieht es aus, wenn der Hersteller nicht mehr existiert, oder die erforderliche Komponente schon lange nicht mehr verfügbar ist.

Welche Möglichkeiten die Additive Fertigung in einem derartigen Szenario bieten kann, zeigt das Beispiel eines Abflussgitters eines Pools. Durch eine Stoßbelastung wurde das Gitter zerstört, an eine Reparatur war nicht zu denken. Um den Pool rechtzeitig wieder in Betrieb nehmen zu können, war die Beschaffung eines Ersatzteils notwendig.

Die Herstellung des Bauteils erfolgte über die 1zu1 Prototypen GmbH. Das Vorarlberger Unternehmen beschäftigt sich seit der Gründung im Jahre 1996 mit der Herstellung von industriellen Prototypen, Spritzgusswerkzeugen und Spritzgießteilen. Dabei kommen additive Fertigungsverfahren, Vakuumgießen, Fünf-Achs-Fräsen und verschiedene Finish-Verfahren zum Einsatz.

Das Originalteil des Abflussgitters wurde durch eine Stoßbelastung soweit zerstört, dass eine Reparatur unmöglich war. Rechts das mittels SLS hergestellte Ersatzteil aus PA12.

Infos zum Anwender

Die 1zu1 Prototypen GmbH wurde 1996 im vorarlbergischen Dornbirn gegründet. Heute beschäftigt das Unternehmen 150 Mitarbeiter von denen 37 in der Ausbildung sind und produziert auf etwa 6.000 m² Betriebsfläche Modelle und Kleinserien in Kunststoff und Metall. Spezialisiert ist man auf die Erstellung von Urmodellen mittels verschiedener Verfahren, auf Simulation von seriennahen Oberflächen und Metall-Prototypen in Originalwerkstoff. Weiteres Spezialgebiet ist die mechanische Fertigung von Prototypen aus Kunststoff und Metall mit Fünf-Achs-Fräsmaschinen.

Geeigneten Werkstoff und Verfahren wählen

Das Teil, das einen Durchmesser von 180 mm und eine Dicke von 8 mm aufweist, sollte aus einem Werkstoff sein, der sowohl UV-Beständig ist, handelsüblichen Poolchemikalien widersteht und einer entsprechenden strukturmechanischen Belastung standhält. Diesen Anforderungen wird Polyamid gerecht, wie es in SLS-Anlagen häufig verarbeitet wird.

Um die erforderlichen Geometriedaten zu erhalten wurde das Bauteil in SolidWorks nachkonstruiert, was beim vorliegenden Teil schnell und unproblematisch war, da es keine Freiformflächen enthält und sämtliche Dimensionen einfach nachgemessen werden konnten. Anschließend wurde eine Simulation erstellt, um sicherzustellen, dass das Bauteil im beabsichtigten PA12 auch den strukturmechanischen Anforderungen entspricht.

„Für uns ist es schon wichtig, Bauteildaten zu bekommen, die im Vorfeld mit den gängigen Werkzeugen validiert wurden. Oft genug werden Fehler in der Bauteilauslegung gemacht, weil nicht berücksichtigt wird, dass additiv gefertigte Bauteile andere strukturmechanische Eigenschaften aufweisen, als wenn diese zerspanend oder mittels Spritzgießen hergestellt werden“, erklärt Hannes Hämmerle, Geschäftsführer der 1zu1 Prototypen GmbH. „Selbstverständlich bieten wir in diesem Zusammenhang auch Engineeringdienstleistungen an und helfen unseren Kunden mit ganz konkreten Designvorschlägen, die auf das jeweilige Fertigungsverfahren abgestimmt sind“, ergänzt er.

Das Ersatzteil konnte ohne weitere Nacharbeit sofort eingebaut werden.

Fehlerquelle Modelldaten

Für die Datenübergabe wurde, wie meistens im Bereich der Additiven Fertigung, ins STL-Format konvertiert. Da das Bauteil auch kleine Radien enthält, wurde darauf geachtet, eine entsprechend feine Vernetzung zu verwenden, um Ungenauigkeiten und Fehler in der STL-Datei zu verhindern. „Das ist nur eine Fehlerquelle im Bereich der Datenbereitstellung, die man aber bei entsprechender Sorgfalt leicht in den Griff bekommt. Viel komplexer wird es, wenn andere fertigungsrelevante Rahmenbedingungen nicht beachtet werden. So sind, je nach Verfahren, bestimmte Mindestwandstärken einzuhalten oder aber Anisotropien im fertigen Bauteil zu berücksichtigen. Hier ist noch viel Aufklärungsarbeit erforderlich“, mahnt Hämmerle.

Über eine FEM-Simulation wurde festgestellt ob das Bauteil im angestrebten PA12 die strukturmechanischen Anforderungen erfüllt.

Onlinekonfiguration und Projektabschätzung

Um schnell zu einer Bewertung zu kommen, ob es sinnvoll ist, ein Teil additiv herzustellen, bietet 1zu1 Prototypen auf ihrer Website einen komfortablen Konfigurator mit Anfragemanagement. Dort kann man auswählen, welches Verfahren bevorzugt wird, das Material auswählen, Modelldaten hochladen, Lieferwunschtermin angeben sowie auch Informationen zur Nachbehandlung und Oberflächengüte des Teils angeben.

„Urmodelle und Prototypen sind unser Kerngeschäft. Dafür stellen wir unseren Kunden einen Workflow zur Verfügung, der eine schnelle Einschätzung des Projekts erlaubt. Wir verstehen uns dabei als Full-Service-Provider. Das bedeutet, dass wir aktiv auf unsere Kunden zugehen, um im Dialog gemeinsam die optimale Technologie auszuwählen. Wir stimmen ab, welche Bedingungen das fertige Teil erfüllen muss und helfen bei der Definition der Rahmenbedingungen. Beim vorliegenden Abflussgitter sind wir genauso vorgegangen. Ergebnis war ein passgenaues Ersatzteil, das innerhalb von drei Tagen einbaufertig geliefert werden konnte“, fasst der Geschäftsführer zusammen.

Einstieg über Dienstleister

Additive Fertigungsverfahren finden ihren Weg in die Industrie häufig über Dienstleister wie die 1zu1 Prototypen GmbH. Diese stellen das erforderliche Know-how zur Verfügung und können häufig aus verschiedenen Verfahren das geeignetste auswählen. Ebenso unterstützen sie bei der Erstellung fertigungsgerechter Daten und liefern wertvolle Hinweise für die Anwendungsfelder der Additiven Fertigung. In der Herstellung komplexer Geometrien zeigen die generativen Verfahren beispielsweise einen ihrer wesentlichen Vorteile. Zusätzliche Komplexität verursacht keine zusätzlichen Kosten. Außerdem sind Geometrien möglich, die sich konventionell gar nicht oder nur mit hohem Aufwand herstellen lassen. Auch ist es möglich, eine Ersatzteilbewirtschaftung in neuem Licht zu betrachten, insbesondere bei der Bereitstellung von Teilen, die schon lange nicht mehr hergestellt werden. Zu berücksichtigen ist dabei jedoch immer, dass die zugrunde liegende 3D-Geometrie vorliegt. Das alles erfordert einen neuen, kreativen Blick auf die Teileherstellung im Allgemeinen, bei dem die Dienstleister wertvolle Hilfestellungen geben können. Welchen Einfluss die Additive Fertigung auf die verschiedenen Bereiche der Industrie langfristig haben wird, bleibt abzuwarten.