Ossila nutzt den 3D-Druck, um die Herstellung lichtdichter Spektrometer entscheidend zu beschleunigen. Dank Materialises Technologien konnte das Team nicht nur Zeit und Kosten sparen, sondern auch die Qualität steigern!
Die Herausforderung
Herstellung einer Kleinserie von vollständig lichtdichten Spektrometern
Das USB-Spektrometer von Ossila sieht aus wie jedes andere: ein kleiner schwarzer Kasten, wie man ihn häufig in Forschungslabors findet, mit Anwendungen in allen Bereichen von der Physik bis zur Biologie. Und wie alle anderen hat auch dieses die gleichen Anforderungen.
"Eine unserer Vorgaben ist, dass die Box wirklich lichtundurchlässig sein muss. Es muss im Wesentlichen ein sehr dichter Druck sein", erklärt Dr. David Coles, Forschungswissenschaftler und Produktentwickler bei Ossila. "Der Detektor im Inneren ist so empfindlich, dass selbst die kleinste Lichtmenge - ein paar Photonen, die sich ihren Weg durch den Deckel oder sonst wohin bahnen - das System komplett zerstören würde."
Traditionell wird ein Gehäuse gegossen oder gefräst, in das dann jedes optische Element von Hand eingesetzt und ausgerichtet wird. Für ein schlankes Unternehmen wie Ossila ist dies jedoch ebenso kostspielig wie zeitaufwendig. Das Team wollte eine andere Lösung und wandte sich daher an Materialise.
Die Lösung
Eine Kleinserie mittels 3D-Druck
"Aus geschäftlicher Sicht sind die Kosten ein starker Motivator für den 3D-Druck, aber das ist nur ein Teil der Attraktivität", sagt Dr. Coles. "Es ermöglicht uns, bei unseren Entwürfen flexibler zu sein, sie individueller zu gestalten und so die Montage zu erleichtern. Wir können Dinge tun, die mit einer herkömmlichen Bearbeitung nicht möglich wären."
Der 3D-Druck ermöglicht es Ossila, dem Design zusätzliche Details hinzuzufügen, darunter das Firmenlogo ©Ossila
Natürlich hat das Team von Ossila dieses Stadium nicht über Nacht erreicht. Das Spektrometer durchlief mehrere Entwicklungsphasen, darunter ein ursprüngliches Modell, das für zwei sehr unterschiedliche Technologien konzipiert war.
"Unsere ursprünglichen Entwürfe waren so angelegt, dass sie auch CNC-gefräst werden konnten, falls der 3D-Druck nicht funktionierte. Glücklicherweise sind die Konstruktionsregeln für CNC sehr ähnlich wie die für FDM, so dass wir unsere Prototypen intern drucken konnten", erzählt David.
"Aber sobald wir unsere ersten gedruckten Prototypen hatten, änderte sich die ganze Richtung - wir erkannten einfach, dass es so viel besser und einfacher ist, also ließen wir die Anforderung der Fräsbarkeit fallen und konzentrierten uns ganz auf ein 3D-Druck-spezifisches Design."
Ein Teil dieser Änderung im Design war der Wechsel von FDM zu Multi Jet Fusion, wobei PA 12 als ideales Material angesehen wurde. Diese besondere Kombination bietet die traditionelle Designfreiheit, die mit dem 3D-Druck verbunden ist, eine nanometergenaue Ausrichtung und die von Ossila geforderte Dichte, um das Eindringen von Licht zu verhindern. Sogar die Farbe - sie ist von Natur aus dunkel - trägt dazu bei, dass das Streulicht im Inneren der Box nicht so stark reflektiert wird.
Und so wie diese Kombination perfekt zum Spektrometer passte, war die Zusammenarbeit mit Materialise ideal für Ossila als Ganzes - schlanke Produktion leicht gemacht.
"Es macht das Leben für das Produktionsteam einfacher. Wenn wir etwas bestellen, brauchen wir es in der Regel ziemlich schnell. Materialise schafft das perfekte Gleichgewicht zwischen engen Toleranzen und kurzen Lieferzeiten."
Die Ergebnisse
Das erste kommerzielle 3D-gedruckte Spektrometer auf dem Markt
Der Aufbau selbst ist einfach und besteht aus nur drei Teilen: dem Hauptgehäuse, in dem alle optischen Elemente untergebracht sind, einem zweiten Teil, das mit dem Boden des Hauptgehäuses verschraubt wird, und einem Deckel, der die Sache abschließt. Mit herkömmlichen Herstellungsverfahren würde sich diese Zahl wahrscheinlich verdoppeln - wenn nicht sogar noch mehr.
"Jedes optische Element bräuchte eine eigene Halterung, die wir separat herstellen und ausrichten müssten. Es ist also nicht nur die Anzahl der Komponenten, die gesunken ist, sondern auch die Einfachheit der Herstellung. Wir brauchen keine komplizierten Ausrichtvorrichtungen oder Spezialgeräte. Wir können die Komponenten einfach in die Konstruktion einfügen, und alles ist mit den erforderlichen Toleranzen vorjustiert."
Es ist verständlich, dass sich diese Einfachheit der Montage in hohem Maße auszahlt.
"Heute können wir eines dieser Systeme in weniger als einer halben Stunde bauen", sagt Dr. Coles. "Das ist mindestens vier- oder fünfmal so schnell, als wenn wir jedes optische Element einzeln ausrichten müssten."
Während des gesamten Prozesses konnte Dr. Coles auf das Fachwissen und die Erfahrung von Materialise zurückgreifen. Die Qualität und die Konsistenz des Drucks waren für andere Anbieter nicht umsetzbar.
"Wir haben im Laufe der Zeit andere Hersteller ausprobiert, aber es scheint, dass niemand die Toleranzen einhalten oder die von Ihnen angebotene Dichte erreichen kann. Wir evaluieren den Prozess jedes Mal, wenn eine neue Technologie auf den Markt kommt, aber wir haben noch nichts gefunden, was auch nur annähernd so gut funktioniert wie das, was wir von Materialise bekommen. Ich weiß nicht, was ihr macht, aber es funktioniert bei uns!"
Die Zukunft des 3D-Drucks bei Ossila
Zu wissen, wann und wo man sich für den 3D-Druck entscheidet, ist eine wichtige Fähigkeit für jedes Unternehmen, und das ist bei Ossila nicht anders. Für Dr. Coles und sein Team sind Größenordnung, Preis und Leistung die wichtigsten Faktoren, aber man kann mit Sicherheit sagen, dass sie von allem, was die Technologie zu bieten hat, begeistert sind.
"Wir stellen fest, dass es nicht viel gibt, was wir nicht in 3D drucken können, wenn wir uns mit den Anforderungen unserer Produkte befassen. Die Technologie schreitet so schnell voran, dass es nur noch eine Frage der Zeit ist, bis sie zur wichtigsten Fertigungsmethode für die Kleinserienproduktion wird.
"Die Qualität ist so gut, dass sie für die Produktion absolut perfekt ist. Das bedeutet, dass der endgültige Prototyp die erste Freigabe ist; es gibt keine weitere Feinabstimmung der Toleranzen oder einen zweiten Designprozess mit einem anderen Spezialisten. Wir können einfach weitermachen."
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