Stratasys 3D-Druck Werkzeugproduktion

3D-gedruckte Werkzeuge und Vorrichtungen für Produktionshallen bieten einige Vorteile. - Bild: Stratasys

| von Florian Blum

Die meisten Produktions-Unternehmen setzen auf herkömmliches Werkzeug aus bearbeiteten Metall-Bauteilen, die miteinander verschraubt oder verschweißt sind. Seit Beginn des Industriezeitalters haben sie einen ausgezeichneten Dienst geleistet. Heute wissen Experten: Es geht auch besser!

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3D-Druck vs. CNC oder die Frage: Wie setze ich meine Ressourcen richtig ein?

Stratasys 3D-Druck Montagewerkzeug
Ein weiches, flexibles Montagewerkzeug aus dem Elastomer TPU 92A bringt ein Symbol auf dem Motorradtank an, ohne die lackierte Oberfläche zu beschädigen. - Bild: Stratasys

Denn die Herstellung von Werkzeugen mit herkömmlichen Produktions-Methoden wie CNC-Bearbeitung, Schweißen und Montage nimmt viel Zeit in Anspruch: Hierbei handelt es sich meist um Ressourcen, die eigentlich für die umsatzgenerierende Produktion verwendet werden könnten. Warum also qualifizierte Maschinisten für die Produktion einfacherer Werkzeuge mit geringen Anforderungen beschäftigen, die stattdessen auch aus dem Drucker kommen können?

Von der Werkzeugherstellung mithilfe des 3D-Drucks, auch als additive Fertigung (AM) bezeichnet, profitieren Produktions-Unternehmen in vielerlei Hinsicht: Sie sorgt für eine effiziente Produktion, verbessert die Qualität, senkt Kosten und verringert Verletzungen bei Mitarbeitern. Vier Bereichen des Produktionsprozesses hilft der 3D-Druck von Werkzeugen ganz besonders:

1. Produktion und Montage:

Zunächst sollten Produktions-Unternehmen ihren Werkzeugbestand überprüfen, um zu ermitteln, wie er durch Produktions- und Montagewerkzeug, Vorrichtungen oder Zubehör aus dem 3D-Drucker ergänzt werden kann. Anwender können von da an zum Beispiel additiv gefertigte Handwerkzeuge als Ersatzteile verwenden, wenn vorhandene kaputt beziehungsweise verloren gehen oder sich abnutzen. 

2. Qualitätskontrolle und Inspektion:

Stratasys 3D-Druck Prüfwerkzeug
Ein einteiliges Prüfwerkzeug (weiß) ersetzt eine normalerweise mehrteilige Schweißbaugruppe. - Bild: Stratasys

Die Qualitätskontrolle bietet ebenfalls fruchtbaren Boden für die Einführung von 3D-Druck-Werkzeug. Abgesehen von der Inspektionsabteilung gibt es im Laufe des Produktions-Zyklus viele weitere Berührungspunkte, an denen die Qualität geprüft und kontrolliert werden kann. CMM-Vorrichtungen und -Teile sind nur ein Beispiel für die mögliche doppelte Nutzung von Inspektionswerkzeugen aus dem 3D-Drucker. Entdecken Sie im Whitepaper "3D-gedruckte Werkzeuge und Vorrichtungen für Produktions-Hallen" ein konkretes Beispiel, wie Sie mit additiver Fertigung in der Qualitätskontrolle Zeit und hohe Kosten sparen! Jetzt reinschauen und Wettbewerbsvorteil sichern!

Kurz und knapp: Welche Vorteile haben Produktions- und Montagewerkzeuge aus dem 3D-Drucker?

  • Günstige Produktion: 3D-gedruckte Werkzeuge lassen sich in der Regel kostengünstiger herstellen: Nach den Anschaffungskosten für den 3D-Drucker wird lediglich die erforderliche Menge des Materials (zum Beispiel Kunststoff) verbraucht, die für den Druck des Werkzeugs benötigt wird. Bei subtraktiven Herstellungsverfahren hingegen landet ein hoher Anteil des Materials am Ende in Form von Spänen auf dem Werkstattboden.
  • Kein 3D-Druck-Fachpersonal nötig: 3D-Drucker erfordern kein Bedienpersonal mit hoher Spezial-Qualifikation, anders als etwa bei einer CNC-Fräsmaschine. Sobald der 3D-Drucker den Druck startet, läuft dieser eigenständig bis das Bauteil fertig ist.
  • Geringere Vorlaufzeit in der Produktion: Hersteller von additiv gefertigten Werkzeugen verringern die Durchlaufzeit gegenüber herkömmlichen Verfahren der Werkzeugfertigung um 80 bis 90 Prozent. Dies ist besonders wichtig, wenn ein Werkzeug bricht, die Produktion stoppt oder wenn Unternehmen eine neue Produktionslinie aufrüsten müssen.
  • Effizientere Wiederholung der Werkzeuggestaltung: Falls Änderungen erforderlich sind, überprüfen Unternehmen das Design im CAD-Modell und drucken das Werkzeug in höchster Qualität erneut. So lässt sich auch ein neu entwickeltes Design immer wieder optimieren.
  • Designfreiheit beim 3D-Druck: Mit einem 3D-gedruckten Werkzeug aus Metall oder Kunststoff lässt sich die Dichte des Materials - zum Beispiel eines Filaments - variieren, sodass sie an Belastungsstellen höher ist als an weniger beanspruchten Stellen. Das Ergebnis ist ein leichteres und nicht nur industriell einfacher zu nutzendes Werkzeug.

3. Verpackung und Logistik

Auch die Verpackung, die Logistik und der Transport von Bauteilen können von Werkzeugen und Zubehör aus dem 3D-Drucker profitieren. Das FDM-Druckverfahren bietet hier eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit zur Fertigung von Thermoformungs-Werkzeug, mit dem verschiedene Behälter, gleichmäßige Schalen und Verpackungsmaterial hergestellt werden können.

4. Gesundheit und Sicherheit

Stratasys 3D-Druck Roboterarm
Leichtere 3D-gedruckte Robotergreifer verringern die Last von Roboterarmen und in der Regel können sie schneller und kostengünstiger hergestellt werden als ihre Metallvariante. - Bild: Stratasys

Eigentlich sollte man davon ausgehen, dass jedes für die Produktion zugelassene Werkzeug eine hohe Sicherheit garantiert und sich Anwender nicht verletzen. Dieser Gedanke übersieht jedoch die langfristigen Folgen einer wiederholten Nutzung in der Produktion. 3D-Druck ist schnell, kostengünstig und individuell anpassbar. Deshalb können einfache Ideen zur Verbesserung der Sicherheit einer Aufgabe - zum Beispiel anhand eines Handwerkzeugs aus Kunststoff oder Metall - normalerweise schon am nächsten Tag in der Produktion eingesetzt werden.

Werkzeug aus dem 3D-Drucker: Welche Materialien eignen sich?

Stratasys 3D-Druck Autotürdichtung
Durch dieses 3D-gedruckte Hilfsmittel für Autotürdichtungen konnte das Gewicht um 80 Prozent reduziert und die Zyklusdauer der Tätigkeit verringert werden. - Bild: Stratasys

Bei neu entwickelten Werkzeugen aus dem 3D-Drucker kommt häufig die Frage auf, ob es robust und langlebig genug ist, um das Material Metall zu ersetzen. Dabei wird die Tatsache verkannt, dass heute Metall in vielen Fällen gar nicht mehr erforderlich ist. Experten empfehlen stattdessen im 3D-Druck immer öfter das bewährte FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) mit Materialien wie dem Polymer ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol).

Mehr produzieren, die Qualität verbessern, die Zahl der Arbeitsunfälle reduzieren und Kosten senken. Wenn Sie Fertigungstechniker oder Produktionsleiter sind, dürfte Ihnen das bekannt vorkommen. Wie 3D-Druck hier mit welchen 3D-Druck-Materialien hilft und welche Materialien (zum Beispiel ABS) mit welchen Eigenschaften speziell für die Werkzeugherstellung sonst noch in Frage kommen, lesen Sie im Whitepaper!

Additive Fertigung: Große Drucker- und Material-Auswahl von Stratasys

3D-Druck kann in verschiedener Weise eingesetzt werden, etwa zur Herstellung von Prototypen und Teilen für die Produktion. Weitere Informationen über verfügbare Materialien zum Kunststoff- oder Metall-3D-Druck, deren Eigenschaften sowie eine große Auswahl an Druckern zur Unterstützung der additiven Werkzeugherstellung finden Sie auf dieser Website zu Werkzeugen und Vorrichtungen des 3D-Drucker-Spezialisten Stratasys.

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