Bronkhorst

Produkt- und Prozessoptimierung - Rapid Prototyping und 3D-Druck in der industriellen Produktion

27. März 2018 Jeroen van Hal
3D Druck

Viele von uns haben einen Tintenstrahl- oder Laserdrucker zu Hause, um Texte und Bilder auf Papier zu drucken. In einer Erweiterung dazu tauchen bereits 3D-Drucker in unseren Haushalten auf, um Gadgets, Schmuck und andere Dinge herzustellen. 3D-Druck wird immer beliebter, es werden große Online-Plattformen eingerichtet, auf denen Open-Source-Designs wie Pinshape für jedermann zugänglich sind. Der 3D-Druck, auch Additive Manufacturing genannt, ist ein neuartiges Produktionsverfahren, bei dem "echte dreidimensionale" Produkte Schicht für Schicht von Grund auf neu hergestellt werden. Dies ist das genaue Gegenteil von herkömmlichen Bearbeitungsvorgängen wie Bohren, Fräsen oder Schneiden, bei denen Materialstücke abgetragen werden, um das Produkt zu erhalten.

​Rapid Prototyping

3D-Druck wird oft mit dem Begriff “Rapid Prototyping” in Verbindung gebracht, der von Forschungs- und Entwicklungsteams verwendet wird, um eine physikalische Darstellung einer neuen Erfindung (Prototyp) zu erstellen. Diese Prototypen werden für Tests und Validierungen benutzt.

Auf professioneller Ebene wird der 3D-Druck bereits zu einer beliebten Lösung, um Produkte in kleinen Serien, schnell und maßgeschneidert herzustellen. Die generative Fertigung von Bauteilen aus Polymeren und Metallen findet bereits im fortgeschrittenen Maßstab statt, parallel dazu nimmt der 3D-Druck auf keramischer Basis zu.
 

3D-Druck bei Bronkhorst

3D-Drucker sind sehr nützlich in der Produktionsumgebung. Hier bei Bronkhorst werden sie sowohl in der Produkt- als auch in der Prozessentwicklung eingesetzt. Es ist wirklich eine neue und sehr praktische Art der Herstellung geworden.

Wir verwenden mehrere 3D-Drucker vor allem für Visualisierungszwecke, also für „Rapid Prototyping“ - und um nützliche Werkzeuge zu drucken, die die Herstellung von Massendurchflussreglern und Messgeräten erleichtern. Vor dem Einsatz des 3D-Drucks musste der Prototyp eines Bauteils in einem externen Werkzeugbau hergestellt werden, was einige Zeit - und Investitionen - in Anspruch nahm, bis es fertig war. Durch den Einsatz des 3D-Drucks konnten wir unsere Produktivität steigern: Es ist viel schneller, ein Bauteil oder ein Werkzeug selbst zu drucken.

Innerhalb weniger Stunden können wir so das Design eines Bauteils evaluieren: wird es so funktionieren, wie die Ingenieure bei Bronkhorst es erwarten? Ein weiterer Vorteil ist auch, dass bei kleinen Stückzahlen keine Investitionen in die Herstellung einer Form mehr benötigt werden.

Neben der Geschwindigkeit hat 3D-Druck aber noch weitere Vorteile. Es ist viel angenehmer, mit einer realen Komponente - mit einem Plastikmodel, dass man anfassen und von allen Seiten betrachten kann - umzugehen als mit einer 3D-Grafik. So eine Grafik sieht zwar sehr gut aus, aber sie ist eben nicht real. Darüber hinaus funktioniert die Kommunikation zwischen F&E, Technik und Produktion umso besser, je öfter Sie eine Komponente in der Hand haben. Welches sind die Hauptprobleme, auf die wir stoßen werden, was können die Risiken eines neuen Designs sein? In unserer F&E-Abteilung dient der 3D-Druck hauptsächlich dazu, die Funktionalität eines Designs zu testen. Im nächsten Schritt nutzt dann Konstruktionsabteilung diese Erkenntnisse, um das Design realisierbar und umsetzbar zu machen.

industrial 3D-printer for metal
Industrial 3D-printer for metal

Cooperation with external partners

K3D, part of Kaak Group in Terborg, acquired the first real industrial 3D-printer for metal. Since September 2016, the printer is fully operational. The MetalFab1 machine is based on selective laser melting (SLM), a 3D-printing technique where a layer of metal powder is deposited, after which a part of these powder particles is selectively melted together by means of laser heat. It is the first local step in real production of metal parts with a 3D-printer. 

Kaak approached seven companies in the region to experiment with the 3D-technique together, with the aim to turn the eastern part of the Netherlands into a 'print valley'. Each week, Bronkhorst has access to the printer for several hours. Bronkhorst is constantly looking for possibilities to improve the production process of flow meters, e .g. whether it’s possible to integrate more functions in the modules without interfering with the modular design. Moreover, local educational institutes are invited to get access to the machine, in order for their students to become acquainted with this technology.
 

Mass flow controllers for 3D-printers

Besides the fact that we use 3D-printing for our own product and process development, it also goes the other way around: mass flow controllers are used inside 3D-printers for metals. In selective laser melting, it is essential to have an inert gas atmosphere around the to-be-melted metal powder particles inside the 3D-printer, to prevent the metal from oxidation during the laser melting with oxygen from the surrounding air. To that end, an inert shielding gas has to be applied: argon gas for steel and titanium, and nitrogen gas for aluminium. Bronkhorst helps 3D-printer manufacturers with a system that generates and controls the flows of these inert shielding gases. 

3D-printing is a way of additive manufacturing, a novel production technique essential for Bronkhorst to keep up with all new trends in the market for product- as well as process development.


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