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.

Industrieller 3D-Drucker für Metall
Industrieller 3D-Drucker für Metall

Kooperation mit externen Partnern

K3D, Teil der Kaak-Gruppe in Terborg, hat den ersten echten industriellen 3D-Drucker für Metall erworben. Seit September 2016 ist der Drucker voll funktionsfähig. Die MetalFab1-Maschine basiert auf dem Selective Laser Melting (SLM) Prinzip, einem 3D-Druckverfahren, bei dem eine Schicht aus Metallpulver abgeschieden wird, wonach ein Teil dieser Pulverpartikel durch Laserwärme selektiv zusammengeschmolzen wird. Es ist der erste lokale Schritt in der realen Produktion von Metallteilen mit einem 3D-Drucker.

Kaak wandte sich an sieben Unternehmen in der Region, um gemeinsam mit der 3D-Technik zu experimentieren. SIe hatten das Ziel, den östlichen Teil der Niederlande in ein "Drucktal" zu verwandeln. Jede Woche hatte Bronkhorst für mehrere Stunden Zugang zum Drucker. Bronkhorst ist ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, den Produktionsprozess von Durchflussmessern zu verbessern, z.B. ob es möglich ist, mehr Funktionen in die Module zu integrieren, ohne in den modularen Aufbau einzugreifen. Darüber hinaus sind örtliche Bildungsinstitute eingeladen, Zugang zu der Maschine zu erhalten, damit ihre Studenten sich mit dieser Technologie vertraut machen können.

Massenflussregler für 3D-Drucker

Neben der Tatsache, dass wir das 3D-Drucken für unsere eigene Produkt- und Prozessentwicklung nutzen, geht es auch umgekehrt: Massendurchflussregler werden in 3D-Druckern für Metalle eingesetzt. Beim Selective Laser Melting ist es wichtig, eine Inertgasatmosphäre um die zu schmelzenden Metallpulverpartikel im Inneren des 3D-Druckers zu haben, um eine Oxidation des Metalls während des Laserschmelzens mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu verhindern. Zu diesem Zweck muss ein inertes Schutzgas verwendet werden: Argongas für Stahl und Titan und Stickstoffgas für Aluminium. Bronkhorst hilft den Herstellern von 3D-Druckern mit einem System, das die Ströme dieser inerten Schutzgase erzeugt und steuert.

Das 3D-Drucken ist eine Methode der additiven Fertigung, eine neuartige Produktionstechnik, die für Bronkhorst unerlässlich ist, um mit allen neuen Trends auf dem Markt für Produkt- und Prozessentwicklung Schritt zu halten.

Bronkhorst Deutschland nord gmbh

Südfeld 1b
59174 Kamen (GER)
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