Mit additiver Fertigung die Herstellkosten um das Vierfache reduzieren

Greiferbacken aus dem 3D-Drucker

Das CNC-Dreh- und Fräszentrum von URMA verfügt über ein integriertes Werkstückentnahmesystem, das durch ein Spindelwerkzeug realisiert wird. Dieses Spindelwerkzeug erfordert zwei Entladebacken, die die fertigen Werkstücke aus dem Backenfutter entnehmen und aus der Maschine transportieren. Um eine zuverlässige Handhabung verschiedener Werkstücke zu gewährleisten, wird für jeden Durchmesser ein spezielles Paar von Entladebacken benötigt. Bislang wurden 30 verschiedene Paare von Entladebacken verwendet, und diese Anzahl steigt kontinuierlich aufgrund von Produktentwicklungen. Die konventionelle Herstellung dieser Entladebacken kostet CHF 385.- pro Paar, was zu Betriebsmittelkosten von insgesamt CHF 11‘550.- führt.

Schneller Return on Investment (ROI) durch additive Fertigung

Die Anwendung der additiven Fertigung ermöglicht nicht nur finanzielle Einsparungen, sondern macht auch die Produktion flexibler. Die Materialkosten pro Paar Entladebacken wurden von CHF 30.- auf CHF 20.- reduziert. Die Einsparungen bei den Herstellungskosten sind sogar noch signifikanter, da sie im Vergleich zur spanenden Bearbeitung um 80 % sinken. Unter Berücksichtigung der Einsparungen bei den Herstellungs- und Materialkosten kann für die Herstellung von Greiferbacken eine vierfache Senkung der Gesamtherstellungskosten erreicht werden. Bei 30 Paaren von Entladebacken entspricht dies einer Gesamtersparnis von fast CHF 9‘000.-

Mehr Flexibilität und weniger Materialverschwendung dank 3D-Druck

Angesichts dieser Ausgangslage hat URMA das Potenzial des Markforged 3D-Druckers erkannt und die Herstellung der Entladebacken von einer spanenden Bearbeitung auf additive Fertigung umgestellt. Dies ermöglicht eine schnellere Umstellung der CNC-Anlage auf neue Durchmesser, da die aufwändige spanende Bearbeitung der Entladebacken entfällt. Es ist lediglich eine Anpassung des CAD-Modells erforderlich, bevor das Bauteil ohne externe Unterstützung gedruckt werden kann. Da die Rüstzeiten bei der additiven Fertigung, insbesondere im FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication), nahezu entfallen, ist die Produktion von Einzelteilen oder Kleinserien bereits äusserst effizient. Durch den schichtweisen Aufbau wird nur an den benötigten Stellen Material hinzugefügt, was die Materialverschwendung erheblich reduziert.

Über Nacht gedruckte Entladebacken

Da die Backen zuvor in der URMA-Produktion spanend hergestellt wurden, war bereits ein Grundmodell der Backen im CAD verfügbar. Daher musste lediglich eine neue Datei mit den angepassten Durchmessern erstellt werden. Nach der Konvertierung in einen geeigneten Dateityp (.stl) für die additive Fertigung wurde das Modell mithilfe der Markforged-Software "Eiger" für den Druck vorbereitet und dann an den Markforged-Drucker gesendet. Nur wenig Fachwissen über den 3D-Druck ist erforderlich, da der Drucker selbstständig arbeitet. Um den Drucker optimal auszulasten, werden zwei Paare von Entladebacken (4 Backen) innerhalb von 12 Stunden über Nacht gedruckt. Das Material Onyx, bestehend aus Polyamid PA6 und beigemischten Carbon-Kurzfasern, wird verwendet, wobei Kevlar als Faserverstärkung in den Markforged-Drucker eingearbeitet wird. Dieser Verbundwerkstoff (Composite) erreicht eine Festigkeit, die mit einem herkömmlichen Aluminiumbauteil vergleichbar ist.

Integration von Designelementen und Beschriftung

Ein weiterer Vorteil der additiven Fertigung ist die Möglichkeit zur Integration zusätzlicher nützlicher Designelemente. Dies umfasst die Konturierung der Kontaktflächen der Backen, um die Haftung zu verbessern, sowie die Integration von Bauteilbeschriftungen in den Druckvorgang, wodurch der separate Schritt des Lasergravierens entfällt.

Zerspanungstechnik vs. additive Fertigung

Seit der Einführung von 3D-Druckern im Produktportfolio von URMA hat das Unternehmen kontinuierlich daran gearbeitet, die additive Fertigung erfolgreich in die eigene Produktion zu integrieren. Im Laufe der Zeit hat sich gezeigt, dass nicht nur Endprodukte, sondern auch Betriebsmittel ein vielversprechendes Potenzial für den Einsatz von 3D-Druck aufweisen. Insbesondere die Composite-Bauweise von Markforged hat sich für die Herstellung von Betriebsmitteln als äusserst geeignet erwiesen. Aufgrund der erschwinglichen Anschaffungskosten sind die Modelle von Markforged für ein breites Publikum interessant. Dank ihrer Expertise im Bereich 3D-Druck und den gesammelten Erfahrungen ist URMA überzeugt, dass die additive Fertigung ein wichtiger Baustein für eine flexible und wirtschaftliche Produktion ist.