Spritzgießen Bild1, Bild: Protolabs

Das Spritzgießen im Schnellverfahren eignet sich am besten für die bedarfsorientierte Fertigung von Teilen, Bridge-Tooling, Probeläufe und die Herstellung funktionaler Prototypen. Die Fertigung in Aluminiumformen und die kurzen Bearbeitungszeiten tragen zur Reduzierung der Entwicklungsrisiken und zur Begrenzung der Gesamtherstellungskosten bei. Bild: Protolabs

Es war im Jahr 1999, als Larry Lukis, ein erfolgreicher Unternehmer und Computerfreak, sich aufmachte um Industrie 4.0 vorwegzunehmen – zumindest für sein Unternehmen. Seine Idee war es, den Gesamtprozess der Prototypisierung und Kleinserienfertigung zu verschlanken und zu beschleunigen. Insbesondere die Zeit für die Bereitstellung von Prototypen im Kunststoff-Spritzguss wollte er radikal reduzieren.

Denn üblicherweise dauert dieser Prozess vier bis zwölf Wochen, in denen die Konstruktionsdaten umgearbeitet, die Form erstellt, ein erster Abguss gefertigt und dieser dann vom Kunden approbiert wird. Das läuft in vielen Fällen bis heute so. Man kann es nicht wirklich schnell nennen, bis dann die Produktion anläuft und der Kunde erste Teile in der Hand hält.

Genau das sollte sich nach Larry Lukis‘ Idee verändern. Also führte er vor rund 20 Jahren in Minnesota/USA die digitale Fertigung ein und schaffte es damit, den Gesamtprozess auf unter 14 Tage herunterzufahren.

Volldigitaler Bestellprozess

3D-Werkstoff,  Bild: Protolabs
Der industrielle 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren, das sich am besten für funktionsfähige Prototypen oder komplexe Designs, zur Reduzierung von mehrteiligen Baugruppen und für Endanwendungen eignet. Bild: Protolabs

Seine Lösung bestand in der Automation des traditionellen Herstellungsverfahrens durch die Entwicklung einer geeigneten Software, die direkt mit einem Netz aus Fräsmaschinen kommunizieren konnte. Die Daten sollten weitgehend ohne Eingriff von außen bereit für die Fertigung gemacht werden. Sein Ansatz funktionierte und tut das bis heute.

Konkret bedeutet der Protolabs-Ansatz, dass ein Kunde die CAD-Datei – alle gängigen Dateiformate sind möglich – seines Prototypen oder seines Kleinserienteiles kostenlos online auf der Website von Protolabs hochlädt. Dort werden die Daten umgewandelt und von der Software automatisiert darauf geprüft, ob das Bauteil so überhaupt fertigbar ist. Ist das der Fall, geht sofort per Mail ein Angebot an den Kunden. In diesem Angebot finden sich auch Warnungen, wenn an gewissen Stellen der Konstruktion sehr geringe Wandstärken  oder andere Probleme auftreten würden.

Prototypenherstellung, Bild: Protolabs
Die Schnellbearbeitung mit CNC-Maschinen eignet sich am besten für die Prototypenherstellung, sowie für Tests der Form und Passgenauigkeit, Vorrichtungen und Funktionsteile für Endanwendungen. Bild: Protolabs

Dieses Angebot kann dann vom Kunden modifiziert oder gleich digital von ihm bestätigt werden, woraufhin die Software ein so genanntes Design for Manufacturing erstellt, das dann an die nächste verfügbare Fräsmaschine übermittelt wird. Dort wird dann die Spritzgießform hergestellt. Dieses 1999 eingeführte Verfahren erweiterte Larry Lukis 2007 auch auf CNC-Frästeile, also schnelles Fräsen und Verschicken. 2014 nahm Protolabs dann auch noch 3D-Druck als Fertigungsverfahren ins Portfolio. Bereits seit 2006 ist das Unternehmen mit seinem Standort in Telford, England, in Europa vertreten.

Bei Bedarf Hilfe von Experten

Wenn das Bauteil nun aber nicht ohne weiteres herzustellen ist, etwa weil Hinterschneidungen oder Wandstärken sich nicht vernünftig spritzen lassen, hat Protolabs zusätzlich Ingenieure, die dem Kunden helfen können, es doch noch fertigbar zu gestalten. Die Erfahrung zeigt, dass rund ein Drittel der hochgeladenen Bauteile sofort und ohne menschlichen Eingriff gefertigt werden kann. Hier läuft der gesamte Prozess digital ab.

Bei einem weiteren Drittel sind Nacharbeiten nötig, hier treten die Protolabs-Techniker mit den Kunden in Kontakt. Bei diesen problematischen Bauteilen liefern die Experten gleich mit der ersten Online-Antwort Gegenvorschläge oder schlagen gegebenenfalls ein anderes Fertigungsverfahren vor. Nimmt der Kunde diese Vorschläge an, wird auf dieser Basis ein elektronisches Angebot erstellt und dadurch schnell an den Kunden versandt. Er kann dann noch das Material, die Oberflächenqualität oder auf Wunsch auch Oberflächenbeschichtungen auswählen, und dann den Auftrag online erteilen. Die gängigen Zahlungsmöglichkeiten von Überweisung bis Kreditkarte sind dabei möglich.

In etwa 30 Prozent der Fälle ist es überhaupt nicht möglich, ein hochgeladenes Bauteil herzustellen, weil die gewünschte Geometrie mechanisch nicht machbar ist. Typische Fehler sind hier zu starke Hinterschneidungen, zu dünne Bauteile oder Toträume. Hier muss der Kunde das Teil in der Regel komplett neu gestalten.