Engineering & Dienstleistung

Prototypenbau

„Spezifische individuelle Stärken“

22.09.2009

Interview: Die Sauer & Sohn KG in Dieburg setzt erfolgreich auf ein breites Spektrum an Rapid-Prototyping-Technologien. Vertriebsleiter Armand Bayer sprach mit werkzeug&formenbau-Redakteur Richard Pergler beim diesjährigen Seminar „Rapid Manufacturing” im iwb-Anwenderzentrum Augsburg über Vor- und Nachteile der Prototyping-Verfahren im Portfolio des Unternehmens.
sauer_1Herr Bayer, die Sauer & Sohn KG gilt seit mehr als 50 Jahren als verlässlicher Partner unterschiedlichster Industrien. Als Anwender war das Unternehmen einer der Pioniere in der Generativen Fertigung.
Begonnen hat alles im Jahr 1988 mit der Vorstellung der ersten Stereolithographie-Anlage aus dem Hause 3D-Systems. Getrieben von der Vision, Bauteile generativ und damit ohne Betriebsmittel zu erstellen, entstanden in den 1990er Jahren neue Technologien in Kombination mit neuen Werkstoffen.

Warum setzen Sie in Ihrem Haus auf viele unterschiedliche Prototyping-Verfahren – wäre die Fokussierung auf nur eine Technologie oder vielleicht einige wenige Verfahren nicht sinnvoller?
Nein, die einzelnen Technologien haben jeweils ganz spezifische individuelle Stärken. Und auch negative Eigenschaften, je nachdem, in welchem Einsatzgebiet sie benötigt werden. Sehen Sie, Herr Pergler – Prototyp ist nicht gleich Prototyp. Wenn im einen Fall etwa für eine Design-Studie die perfekte Oberfläche im Vordergrund steht, ist in einem anderen Fall – bei einem Funktionsprototyp für die Automobilentwicklung – die hohe Hitze- und Medienbeständigkeit ausschlaggebend.

Mit der Stereolithographie (SLA), sie haben es bereits erwähnt, hat alles angefangen. Ist diese Technologie eigentlich noch up to date?
Aber ja – sie ist sogar ausgesprochen erfolgreich. Die Stereolithographie wurde schließlich kontinuierlich weiterentwickelt. Heute stehen eine Vielzahl von Werkstoffen mit unterschiedlichsten Eigenschaftsprofilen zur Verfügung, auch die Anlagentechnik hat große Fortschritte gemacht. Und diese SLA-Technologie ist nach wie vor für zahlreiche Prozesse und Bauteile erste Wahl. Etwa für Anschauungsmuster mit sehr guter Detailwiedergabe und Oberflächenqualität, für Funktionsteile mit einer niedrigen mechanischen oder thermischen Belastung oder für Urmodelle zur Herstellung von Silikon-, Epoxidharz- oder laminierten Formen.

Ein erfolgreiches und inzwischen weit verbreitetes Verfahren ist das Selektive Lasersintern, kurz SLS. Wo liegen hier die Vorteile?
Nun, diese Technologie erlaubt den Einsatz von seriennahen Werkstoffen wie Polyamid (PA12), Thermoplastischen Elastomeren (TPE) sowie Polystyrol (PS). Das ist insbesondere im Prototypenbau interessant: Diese Werkstoffe werden ihren Eigenschaften entsprechend in unterschiedlichste Entwick-lungs­prozesse eingebunden. So kommt Polyamid bei Funk-tionsprototypen mit hohen Anforderungen an mechanische und thermische Belastungen zum Einsatz. Elastomere werden für die Simulation von elastischen Funktionsprototypen eingesetzt. Und Polystyrol liefert Urmodelle.

Wenn es um die schnelle und kostengünstige Herstellung von Werkstücken aus Urmodellen geht, ist der Vakuum-Guss für Polyurethan (PU) wohl eines der am weitesten verbreiteten Verfahren. Wo setzen Sie diese Technologie ein?
Der Vakuum-Guss ist in Bezug auf die Stückzahl der Teile als Bindeglied zwischen Rapid Prototyping und Rapid Tooling zu sehen. Die Anfertigung der Teile erfolgt im Vakuum. Kleine bis mittelgroße Bauteile entstehen bei uns im „klassischen” Vakuum-Guss: Hier wird sowohl das Werkzeug als auch das Polyurethan evakuiert. Größere Bauteile werden in RIM Technik erstellt – hier befindet sich nur das Werkzeug im Vakuum; das Material wird von außen in die Form eingebracht.

Wo liegen die Vorteile beim Vakuumgießen?
Aufgrund der großen Auswahl und Verfügbarkeit unterschiedlichster Eigenschaftsprofile der PU-Werkstoffe können nahezu alle Kunst­stoff­teile und Baugruppen sehr schnell in Form und Funktion getestet werden. Die Stückzahlen hängen von der Art des Werkzeuges sowie von wirtschaftlichen Aspekten ab. In einer Silikonform können im Schnitt 30 Teile entstehen, in einer „festen” Form lassen sich mehrere hundert Teile fertigen. Die Bauteilkosten sind deutlich höher als im Spritzgießen – bei vergleichsweise sehr geringen Werkzeugkosten.

Neben dem Vakkumguss setzen Sie aber für kleine Spritzgieß-Serien und Prototypen inzwischen auch sehr stark auf Aluminium-Werkzeuge. Warum?
Hochfestes Aluminium hat sich inzwischen für solche Werkzeuge bestens bewährt. Zu den wesentlichen Vorteilen des Aluminiums gehört die – im Vergleich zum Stahl – deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit, die sich in kurzen Zykluszeiten niederschlägt. Mit Alu-Werkzeugen lassen sich heute Projektdurchlaufzeiten von zwei bis sechs Wochen standardgemäß realisieren – vom Dateneingang bis zu ersten werkzeugfallenden Teilen. Selbst die Realisierung von Mehrkomponententeilen, sowie von Gas- und Wasserinnendruck-Technik (GIT/WIT) ist damit problemlos machbar.

Für Prototypen und Kleinserien setzen Sie auch die Dosiertechnik ein – nicht gerade ein klassisches Prototyping-Verfahren …
Stimmt – eigentlich bietet sich die Dosiertechnik ja als interessante Alternative zum Verschrauben oder Verschweißen an, als Fügetechnik. Darüber hinaus können aber auch beispielsweise Dichtungen wirtschaftlich ab Stückzahl 1 direkt auf Bauteile dosiert werden. Aufgrund der extrem hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit dieser Technologie kann diese problemlos in die spätere Serienfertigung übertragen werden. Bei kleinen Losgrößen können 2K-Kunststoffteile mit der Dosiertechnik oft kostengünstiger als im Spritzgießen hergestellt werden.

Zurück zu den etablierten generativen Technologien – in Ihrem Haus kommen auch 3D-Drucker zum Einsatz, unter anderem die neue PolyJet-Matrix-Technologie von Objet. Hand aufs Herz, Herr Bayer – bringt die wirklich entscheidende Vorteile?
Aber ja, Herr Pergler. Diese neue Technologie eröffnet Entwicklern nämlich wirklich bislang ungeahnte Möglichkeiten. Wie bei einer Textdatei können den 3D-Daten digital Eigenschaftsprofile zugewiesen werden. Die Maschine bevorratet acht verschiedene Acrylate sowie ein Stützmaterial. Damit können dann unterschiedlichste Shorehärten und Farben beliebig miteinander kombiniert und quasi digital gemischt werden. Aufgrund der extrem dünnen Schichten von 0,016 mm bei einer Auflösung von 600 dpi stellt die PolyJet Matrix-Technologie das derzeit genaueste RP-Verfahren dar.

Sauer geht offenbar gern neue Wege – so hat Ihr Unternehmen für metallische Bauteile das Lasercusing ins Portfolio aufgenommen.
Ja. Das Lasercusing ist ein innovatives Verfahren zum Herstellen von metallischen Werkstücken. Im Gegensatz zu spanenden Bearbeitungsverfahren wird das Bauteil unmittelbar aus den 3D-CAD-Daten aufgebaut. Daher eignet sich das Lasercusing besonders für Werkstücke mit komplexer Geometrie in geringer Stückzahl. Das Verfahren eignet sich etwa zum Herstellen von uneingeschränkt belastbaren Funktionsprototypen, von komplizierten Teilen für spezielle Vorrichtungen oder von nicht mehr verfügbaren Ersatzteilen.


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