Wie das mit 3D-Druck, Spritzguss oder CNC ganz bequem digital funktioniert, zeigt Protolabs. Bild: Protolabs

Bei Protolabs können Kunden Bauteil-Geometrien ganz einfach per Software hochladen. Bild: Protolabs

ke NEXT: Ein Maschinenbauer möchte bei Ihnen den Prototypen eines Bauteils bestellen. Was sind die ersten Schritte?

Denis Drebert, Application Engineer bei Protolabs: Als erstes lädt der Ingenieur die CAD-Dateien in unser Softwaresystem hoch. Und dann läuft – je nachdem, welches Verfahren der Kunde wählt, also Spritzguss, CNC-Fertigung oder 3D-Druck – eine automatische Softwareanalyse hinsichtlich der Machbarkeit – kostenlos und unverbindlich. Also: Wie sieht das Design, die Geometrie aus? Können wir das Ganze fertigen für den Kunden? Danach folgt unser interaktives Angebot. Hier kann der Maschinenbauer verschiedene Parameter einstellen: Oberflächengüte, Material, Lieferzeit. Und wenn dann das Bauteil soweit bestellbar ist, kann der Kunde online auslösen und bekommt dann, je nachdem, um welches Bauteil es sich handelt, dieses Teil relativ schnell innerhalb von einem bis zu 15 Werktagen zugeschickt.

Rapid Prototyping: Wie der Umstieg gelingt...

Tobias Fischer, Bild: Protolabs
Tobias Fischer, Senior-Marketingmanager für Zentraleuropa bei Protolabs. Bild: Protolabs

Klingt nach Digitalisierung: Wie erleichtern Sie Maschinenbauern, die noch eher traditionell beim altbekannten Komponentenhersteller bestellen, hier den Umstieg?

Tobias Fischer, Senior-Marketingmanager für Zentraleuropa bei Protolabs: Ja, der erste Ansatz ist tatsächlich, glaube ich, sich erst einmal mental von der traditionellen Vorstellung „Wie baue ich ein Bauteil auf?“, also von der konventionellen Zerspanung, zu lösen. Dabei muss es meiner Meinung nach auch um die Frage gehen: Wie werden Leute heute ausgebildet und wie wurden sie noch vor wenigen Jahren ausgebildet. Es geht um das Suchen und Finden neuer Ansätze in der Konstruktion, darum, Materialen einzusetzen, um Bauteile zu bauen, die sich komplett neuen Geometrien öffnen. Und wenn ich das realisieren kann, wenn ich CAD-Daten hierfür erzeugen kann, dann haben Sie eigentlich schon alles erledigt, was notwendig ist, um eine Herstellung bei Protolabs anzustoßen. Und da ist es dann völlig frei, ob es der Spritzguss ist, der 3D-Druck oder die CNC-Bearbeitung. Wobei die CNC-Bearbeitung da natürlich dann wieder der traditionelle Bereich wäre, wo ich andere Ansätze gehe.

CNC-Bearbeitung, Bild: Protolabs
Die CNC-Bearbeitung ist ein vielseitiges Verfahren, welches vor allem für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien geeignet ist. Bild: Protolabs

Spritzguss und 3D-Druck eignen sich beide zur Prototypenherstellung oder zur Kleinserienproduktion von bis zu 10.000 Kunststoffteilen, bevor mit der Massenfertigung gestartet wird. Wann raten Sie zu welcher Technologie im Rapid Prototyping?

Tobias Fischer: Natürlich müssen Sie für sich selbst abwägen, was Sie mit Ihrem Bauteil machen möchten. Im 3D-Druck sind Sie bei den Materialien schon limitiert. Wenn ich jetzt hier auf meinen Schreibtisch schaue, steht hier noch meine Brotdose, die ist türkis, gelb und stabil, mit einem etwas höheren Härtegrad und der Deckel ist entsprechend flexibel. Machen Sie das jetzt mal im 3D-Druck für alleine, sagen wir mal, 500 Brotdosen. Das wird alleine deshalb schon nicht gehen, weil Sie das Material in der Farbe, wie es jetzt hier bei mir steht, nicht bekommen können für den 3D-Druck. Klar, als Erstmuster können Sie natürlich stabile, feste und flexible Teile produzieren und bekommen auch einen Prototyp, der funktionsfähig ist, aber wenn Sie sowas in den Markt einführen wollen, wird es schwierig. Befinden Sie sich aber mit dem 3D-Druck in einer Anwendung, wo Sie zum Beispiel Sensoren in Betonbrücken miteingießen möchten oder Sie möchten Schalter verkapseln, die irgendwo im Automotivumfeld verbaut werden und für immer da verbleiben, dann können Sie das auch jederzeit mit den Materialien, die heute am Markt verfügbar sind, im 3D-Druck abbilden. So hängt auf beiden Seiten viel von den einzusetzenden Materialien ab und von der Frage: Wie nah müssen Sie im Rapid Prototyping mit dem Prototyp an das Serienmaterial herankommen?

DMLS Aerospace, Bild: Protolabs
Kunden von Protolabs kommen unter anderem auch aus der Luft- und Raumfahrt - hier ein Bauteil für DMLS Aerospace. Bild: Protolabs

Denis Drebert: Bei Protolabs können Sie den Prototyp im Spritzguss mit Ihrem Serienmaterial herstellen. Da ist es egal, ob das nur 50 oder 500 Teile sind oder später vielleicht 1000. Ansonsten, wenn es Erstmuster sind, wenn es wirklich einfach nur darum geht, wie groß das Bauteil ist oder Sie einen Prototyp für Präsentationszwecke benötigen, dann ist das genau das richtige Umfeld für den 3D-Druck. Und hier reden wir nicht nur über Kunststoff, sondern auch über Metall. Wenn Sie komplexe Geometrien benötigen, dann geht das wunderbar und extrem schnell mit dem Druckverfahren DMLS (Direktes Metall-Lasersintern). Denn sehr komplexe Geometrien sind oft in traditionellen Fertigungsverfahren wie Spritzguss oder CNC gar nicht möglich.

Wie Sie mit Rapid Prototyping Zeit und Kosten sparen...

Wie viele Materialien bieten Sie denn für Spritzguss und 3D-Druck jeweils an?

Denis Drebert: Im 3D-Druck bieten wir rundum 20 Materialien, also Kunststoffe und Metalle. Und für den Spritzguss ist es natürlich sehr breit gefächert. Momentan liegen wir im Rapid Prototyping bei 10.000 Kunststoffen.

Protolabs arbeitet mit Schnellspritzgießen mit – in den meisten Fällen – Formen aus Aluminium. Zeit und Kosten – war das hier der Gedanke?

Tobias Fischer: Der Vorteil bei einer Aluminiumform ist die schnelle Fertigungszeit. Das heißt, wir können Aluminium sehr schnell und kostengünstig zerspanen im Gegensatz zu Stahlformen. Natürlich fertigen wir im Maschinenbau für jedes Unternehmen ein eigenes Werkzeug. Das Werkzeug wird in dem Beschaffungsprozess bei uns inventarisiert und der Kunde hat dann über die Onlineplattform jederzeit Zugriff auf das Werkzeug. Für mich ist das das klassische Amazon-Prinzip: Ich habe meinen Warenkorb und ich kann aus dem Warenkorb jederzeit wieder das gleiche bestellen.

Denis Drebert: Dazu kommt: Ein großer Vorteil für den Maschinenbau ist auch, dass wir Produkte auf diese Weise schnell auf den Markt bringen können vor der Serienfertigung. Und sollten unsere Kunden Probleme haben bei der Serienfertigung, können wir das Ganze auch als Bridge Tooling anbieten.

Denis Drebert: Bild: Protolabs
Denis Drebert ist Application Engineer bei Protolabs. Bild: Protolabs

Über was sollten sich Kunden, die an einem Prototyp interessiert sind, denn im Voraus schon Gedanken machen?

Denis Drebert: Wenn Sie von uns einen Prototyp über Rapid Prototyping beziehen möchten, sollten Sie sich zumindest über die Anwendung des Bauteils Gedanken gemacht haben. Ist es nur für die Haptik, wollen Sie sich den Prototypen einfach einmal anschauen und ihn in die Hand nehmen oder wollen Sie ihn testen? Für uns aus der Technik ist es natürlich interessant, welche Anforderungen das Bauteil für seine spätere Anwendung erfüllen muss. Soll es chemisch oder thermisch beständig sein, wie mechanisch belastbar soll es sein. Diese Fragen gilt es zu klären.

3D Druck mit Metall und Kunststoff bei Protolabs. Quelle: ke NEXT

Protolabs behauptet, die Erstellzyklen von Prototypen reduzieren zu können. Was steckt hier dahinter?

Tobias Fischer: Das betrifft vor allem die Supplychain. Die ist ein ganz großer Benefit von Protolabs, weil Sie nicht mehr jeden einzelnen Produktions- und Projektschritt berücksichtigen müssen nach dem Motto: Ich bin jetzt in der Prototypenphase, wann startet vielleicht mit einem zweiten Dienstleister die Vorserie, das sogenannte Bridge Tooling? Und in dritter Instanz in der Projektierung: Wann arbeite ich dann mit meinem Serienlieferanten zusammen? Wir bei Protolabs überbrücken diese ganzenSchritte in der Prozesskette, in dieser Supply-Chain, durchgängig. Das ist eine nahtlose, eine Seamless Production vom Prototyp in die Serie und vielleicht sogar bis hin zur EOL, also der End-of-Life- Produktion von Ersatzteilen.

Auswahl-Tipps: Kunststoffspritzguss vs. Silikon-Spritzguss vs. 2K-Spritzguss

Protolabs bietet verschiedene Formen des Spritzgusses an, also Kunststoffspritzguss, Spritzguss mit Silikon und 2K-Spritzguss. Wann kommt denn in der Regel welche Technologie im Rapid Prototyping zum Einsatz?

Denis Drebert: Kunststoffspritzguss kommt traditionell dann zum Einsatz, wenn Sie Formenschalen haben, zum Beispiel Tastaturen. 2K-Spritzguss ist natürlich interessant für unsere Kunden, sollte es zu Anwendungen kommen, in denen auch eine Weichkomponente gebraucht wird. Das heißt, wir können eine Hart- und Weichkomponente gleich mitspritzen. Das heißt, wenn Sie eine Formschale haben und gleichzeitig eine Dichtung, dann können wir das Ganze miteinander verbinden und Sie müssen nicht mehr zwei Bauteile bestellen, sondern bekommen gleich auch nur ein Bauteil. Und natürlich kommt diese Form des Spritzgusses beim Umspritzen von Einlegern zum Einsatz, zum Beispiel Gewindebuchsen, die umspritzt werden, um, die Stabilität des Gewindes besser zu gestalten oder zu verbessern. Beim Flüssigsilikon verwenden wir Materialen von Wacker, das sind Elastosil- Sorten, die wir in verschiedenen Shore-Härten anbieten. Flüssigsilikon ist übrigens auch biokompatibel und hat eine Food-Zulassung und da gibt es natürlich ganz viele Anwendungen. Es ist dazuhin auch chemisch resistent und wird deswegen auch gerne für Dichtungen verwendet.

Tobias Fischer: Das Thema Flüssigsilikon ist vor allem auch spannend in der Medizintechnik, wo geforscht wird und Prototypen in großen Volumina benötigt werden. Die Medizintechnik ist für uns heute ein sehr großer Markt.

Warum Rapid Prototyping im Maschinenbau Fahrt aufnimmt...

Wie sieht es im Maschinenbau aus? Gab es hier in den letzten Jahren einen rapiden Anstieg an Anfragen?

Tobias Fischer: Ja, tatsächlich. Denken wir alleine mal an die ganzen Pumpenhersteller, an den Sondermaschinenbau für Produktionsbetriebe, die sehr kleine Bauteile brauchen, weil heute ja alles filigraner wird und denken wir an Unternehmen, die spezifische Geometrien benötigen und eben keine 1000er-Chargen bestellen können. Wenn es in einem großen Produktionsunternehmen darum geht, eine Sondermaschine aufzustellen, dann kann es sein, dass bereits 30 Teile eine Serienproduktion  sind für eine Anlage. Unternehmen, die solche Kleinserien anstoßen möchten, arbeiten sehr gerne mit uns.

Auf den Messen hört man auch immer, dass das Thema Robotik für die additive Fertigung wichtiger wird…

Denis Drebert: Der Zusammenhang additive Fertigung und Robotik ist in der Tat ein interessanter Punkt – und auch heute schon für Protolabs relevant, nämlich bei der Nacharbeit von 3D-Druckteilen, wenn diese aus der Maschine kommen. Hier bedeutet 3D-Druck wirklich noch viel händische Arbeit. Und auch wir beschäftigen uns mit der Frage: Wie könnte man das Ganze automatisieren?

Passt eigentlich ganz gut zu diesem digitalen Weg, den Protolabs fährt…

Tobias Fischer: Richtig, es geht darum, unnötige manuelle Eingriffe zu eliminieren, aber auch neue Ansätze zu suchen und Wege zu gehen. Und genau das machen wir im Maschinen- und Anlagenbau, indem wir mit dem Metall-3D-Druck komplexe Geometrien sicherstellen, Bauteile schaffen, die dann anschließend in der CNC-Bearbeitung nachbearbeitet werden, um dann hohe Toleranzen sicherzustellen, Passungen beizufügen oder einfach nur Gewinde einzusetzen, um dem Maschinenbau-Unternehmen dann ein fertiges Bauteil zu senden, was er direkt mit seinen Maschinen verbauen kann.

Denis Drebert: Genau, nehmen Sie als Beispiel ein Bauteil, zum Beispiel einen Wärmetauscher, der früher traditionell hergestellt wurde im CNC-Bereich und dann aus vielen Bauteilen zusammengebaut wurde, was kostentechnisch natürlich sehr teuer ist. Sie haben hier unnötigerweise viele Bauteile, haben eine hohe Montagezeit und dies können wir zum Beispiel mit Metall-3D-Druck eben heute ganz einfach senken.

Herr Fischer, Herr Drebert, vielen Dank!

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