3D-Druck bei Design und Fertigung

Annina Schopen,

Schicht um Schicht zur kleinen Serie

Götz Maschinenbau bedient Kunden aus der Medizintechnik und der traditionellen Fertigung. Für realitätsgetreue Prototypen und Konzeptmodelle setzt die Firma auf 3D-Druck-Technologie von Stratasys. Das ermöglicht auch kleine Serienproduktionen zu wettbewerbsfähigen Preisen.

Die H350 verwendet ein infrarotempfindliches HAF, um Partikel aus Polymerpulver schichtweise miteinander zu verschmelzen und Teile aufzubauen. © Stratasys

Die Firma Götz Maschinenbau ist ein in Deutschland ansässiges Maschinenbauunternehmen, das Kunden aus der Medizintechnik und der traditionellen Fertigung bedient und sich auf spezielle Bearbeitungen durch CNC-Fräsen und CNC-Drehen konzentriert. Mit seinem Maschinenpark fertigt Götz sowohl Prototypen und kundenspezifische Teile als auch kleine und mittelgroße Produktionsserien. Während traditionelle Fertigungsmethoden wie Drehen, Schweißen, Gießen und Fräsen seit Jahren bei Götz etabliert sind, spielt jetzt auch der 3D-Druck bei Design und Fertigung eine zentrale Rolle im Unternehmen. Für realitätsgetreue Prototypen und Konzeptmodelle setzt das Team den PolyJet-3D-Druck von Stratasys ein, während die FDM-Technologie von Stratasys für funktionalere Prototypen, Werkzeuge und Maschinengehäuse verwendet wird.

Wenn es jedoch darum geht, Stückzahlen von bis zu mehreren tausend Teilen zu produzieren, war Götz bisher auf traditionelle Fertigungsmethoden wie den Spritzguss angewiesen. Die Qualität der Teile ist zwar großartig, aber die Herstellung der Formen ist kostspielig und zeitintensiv. „Die Herstellung von Gussformen kann leicht zwischen 5.000 und 10.000 Euro pro Stück kosten, mit langen Vorlaufzeiten von vier bis zwölf Wochen. Damit sich eine solche Investition rechnet, müssen wir eine Großserie von mindestens 50.000 Teilen produzieren”, erklärt Philipp Götz, der Inhaber von Götz.

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Wettbewerbsfähige kleine Serienproduktion

Um diese Herausforderungen zu meistern, suchte das Unternehmen nach einer Technologie, die eine kleine bis mittlere Serienproduktion zu einem wettbewerbsfähigen Stückpreis ermöglicht – und das mit kurzen Durchlaufzeiten. Götz würde dann in der Lage sein, bestehende Kundenanforderungen effizienter zu erfüllen und gleichzeitig das Serviceangebot zur Sicherung des Neugeschäfts zu erweitern.

Die SAF-Technologie der H350 gewährleiste Genauigkeit und Qualität, verspricht Stratasys. © Stratasys

Laut Götz hat das Unternehmen zunächst mehrere Sintertechnologien getestet, war aber wegen der ständigen Gefahr von Verformungen und der Inkonsistenzen bei Produktionsteilen nicht überzeugt. Schließlich erwarb das Unternehmen den neuen 3D-Drucker H350 von Stratasys. Als Teil der Produktionsplattform der H-Serie von pulverbettbasierten 3D-Druckern wurde die H350 für die Serienproduktion von Endbauteilen konzipiert und entwickelt.

Mit der neuen SAF-Technologie (Selective Absorption Fusion) bietet die H350 die Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Prozesskontrolle, die für eine unterbrechungsfreie Produktion und wettbewerbsfähige Stückkosten unerlässlich sind. Die Technologie verwendet ein infrarotempfindliches HAF (High Absorbing Fluid), um Partikel aus Polymerpulver schichtweise miteinander zu verschmelzen, um so Teile aufzubauen. Mit dem Big-Wave-Pulvermanagement für die Pulververteilung und industrietauglichen piezo-elektrischen Druckköpfen wird die Flüssigkeit in vordefinierte Bereiche gespritzt, um jede Schicht des Teils zu erzeugen. Die Infrarotbestrahlung sorgt dann dafür, dass die HAF-Bereiche schmelzen und sich verbinden.

Erhöhter Durchsatz zu geringeren Kosten

Laut Philipp Götz kann das Unternehmen mit seinen neuen Möglichkeiten nun wichtige Herausforderungen in der Fertigung überwinden. „Der 3D-Drucker H350 ist für uns die geeignete Lösung, um kostengünstig und mit kurzen Vorlaufzeiten in Serie zu fertigen”, erklärt er. „Wir fertigen gerade ein Teil von der Größe meines kleinen Fingers. Von Kleinteilen wie diesem können wir etwa 1.000 Stück auf der Bauplattform der H350 unterbringen. Das bedeutet vor allem, dass wir in der Lage sind, innerhalb von 24 Stunden den gesamten Auftrag zu fertigen, was unglaublich ist. Über mehrere Wochen hinweg können wir den Durchsatz per 3D-Druck ganz einfach auf Zehntausende von Teilen erhöhen. Das sind Zahlen, die wir mit Spritzguss in so kurzer Zeit niemals realisieren könnten – und schon gar nicht zu diesen Kosten“, setzt er hinzu.

Die SAF-Technologie der H350 gewährleistet zudem ein hohes Maß an Genauigkeit und Qualität. Die gegenläufige Walze des 3D-Druckers trägt Pulverschichten auf dem Druckbett auf und druckt Absorberflüssigkeit, um die Teileschichten abzubilden. Ein über die gesamte Fläche des Druckbetts geführter IR-Strahler verschmilzt die abgebildeten Schichten und sorgt für einheitliche thermische Bedingungen, um die Konsistenz für alle Teile auf der Bauplattform zu gewährleisten.

Der Stratasys-H350-3D-Drucker. © Stratasys

„Ob wir 5, 50 oder 500 Teile drucken, wir können unseren Kunden versichern, dass die Qualität auf der gesamten Bauplattform konstant ist”, sagt Götz. „Sintertechnologien haben mir nie zugesagt, einfach wegen der Gefahr der Verformung und weil die Teile möglicherweise keine einheitliche Qualität besitzen”, erklärt er. „Mit der H350 entfällt dieses Risiko, da die Technologie die Wiederholbarkeit der Teile gewährleistet. Wir können den Drucker daher nicht nur für einfache Produktionsteile, sondern auch für sehr komplexe Geometrien einsetzen – ohne Kompromisse bei der Teilequalität.”

Obwohl die H350 erst vor kurzer Zeit installiert wurde, haben sich für Götz Maschinenbau bereits Vorteile bei der Einzel- und Serienfertigung von Teilen ergeben. Durch die weitere Integration der Technologie in die Fertigung ist das Unternehmen davon überzeugt, neue Geschäftsfelder bedienen zu können. „Speziell für Endverbrauchsteile werden wir mit der H350 unser Serviceangebot erweitern können, um ein breiteres Spektrum an Serienanwendungen abzudecken“, so Götz abschließend.

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