3D-Druck beschleunigt Werkzeugherstellung

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Die Anita Dr. Helbig GmbH stellt seit über 125 Jahren Mieder und Bademoden her. Die gewachsene Firmenhistorie ist überall sichtbar und irgendwie fühlt man sich an manchen Stellen in eine andere Zeit zurückversetzt. In einer Ecke rattern Nähmaschinen, in der anderen pfeift der Dampf, der mit hohem Druck ein Teil in Form presst. Einen 3D-Drucker würde man in diesen Räumen kaum vermuten. Denn in der Fertigung der BHs, Bikinis und Mieder hat sich in den vielen Jahren nur wenig verändert. Einzig das Unternehmen ist gewachsen und einige Arbeitsschritte wurden branchenüblich nach Asien ausgelagert und natürlich haben auch die Computer Einzug in Design und Schnittentwicklung erhalten. Weltweit arbeiten rund 800 Näherinnen in sechs Produktionsgesellschaften. Entwicklung, Zuschnitt und Vorproduktion finden immer noch zu großen Teilen in der Konzernzentrale im bayerischen Brannenburg statt, die mit ihren 300 Mitarbeitern als Koordinationszentrale fungiert. In den dezentralen Strukturen an allen Niederlassungen optimale Bedingungen bereitzustellen, ist für die Geschäftsleitung um Dr. Georg Weber-Unger eine ständige Herausforderung. So war es letztlich ein Verschleißteil für den Zuschnitt, das den Junior-Chef Georg Weber-Unger jun. dazu brachte, sich mit dem Thema 3D-Druck zu beschäftigen. Konkret ging es um Werkzeuge zum Zuschneiden der Stoffteile: tiefgezogene Plastikschalen. Darüber werden die Stoffteile für die BHs gelegt. Mit einer Schere schneiden die Mitarbeiter die Stoffe an dieser Plastikform entlang zu. Häufig geht ein Schnitt daneben und die Form ist nicht mehr brauchbar. „Diese Tiefziehteile sind nicht günstig. Wir hofften, mit dem 3D-Drucker günstiger ein alternatives Werkzeug herstellen zu können“, so Georg Weber-Unger jun.
Unternehmer wie Georg Weber-Unger jun. gehören damit zu der kleinen, aber innovativen Gruppe  der Early Adopters, zu den 12 Prozent, die den Analysten von Tech Pro im Rahmen einer Umfrage unter 624 Unternehmen in den USA bestätigt haben, bereits aktiv 3D-Drucker im Unternehmen zu nutzen.

Werkzeugherstellung

Die Produktentwicklung umfasst bei der Anita Dr. Helbig GmbH nämlich nicht nur die textile Ware, sondern auch die Entwicklung der Werkzeuge, die nötig sind, um diese Waren herzustellen. Klassisch ist diese Werkzeugherstellung eine Domäne von Dienstleistern wie Gießereien oder Modell- und Formenbauern. Vom Kunden kommt in der Regel die Vorlage in Form einer CAD-Datei.
Mit einem eigenen 3D-Drucker verlagern die Auftraggeber Teile des Herstellungsprozesses oder die komplette Aufgabe nicht nur zurück ins eigene Haus. Unter 3D-Druck ist in diesem Zusammenhang das Schmelzschichtverfahren gemeint. Die Technologie, bei der Kunststoffdrähte geschmolzen werden, um so schichtweise ein Objekt aufzubauen, ist günstig. „Die Investition in den Drucker ist überschaubar“, so Georg Weber-Unger jun. Kosten entstehen primär für die Filamente, die pro Kilogramm bei etwa 70 Euro liegen. Die Materialkosten für dünnwandige Teile wie die Kunststoffwerkzeuge für den Zuschnitt kosten entsprechend nur wenige Euro. Verglichen mit den klassischen Verfahren reduzieren sich mit dem 3D-Druck damit auch die Herstellkosten.

Formen für Epithesen

Dieses Einsparpotential vor Augen entschied man sich für den Kauf eines X400-3D-Druckers des deutschen Herstellers German RepRap. Mit seinem Druckvolumen von 35 x 35 x 40 Zentimetern und dem günstigen Preis entsprach er den Anforderungen des bayerischen Mittelständlers.
Die räumliche Nähe – German RepRap sitzt in Feldkirchen bei München – war ein zusätzlicher Vorteil. Der Drucker wurde dann allerdings schnell anders eingesetzt als zuerst gedacht. „Kurz darauf kam ein Kleber für die tiefgezogenen Plastikformen auf den Markt“, erzählt Georg Weber-Unger jun. „Damit benötigten wir diese Alternative nicht mehr.“
So suchte man nach anderen Optimierungsmöglichkeiten mit Hilfe von 3D-Druck und wurde schnell fündig – wieder in der Herstellung für Fertigungswerkzeuge. Dieses Mal hatte der Junior-Chef des Unternehmens die Formen für Silicon-Brustprothesen im Auge, sogenannte Epithesen.  „Die Formen verändern sich ständig, wir benötigen laufend Werkzeuge für etwa 10 verschiedene Typen in 100 verschiedenen Größen“, so Weber-Unger jun.
Der 3D-Drucker hat die Werkzeugherstellung für diese Prothesen völlig verändert. Früher hat man mit Hilfe einer Holzvorlage ein GFK-Muster erstellt. Diese wurde dann per Hand in zweiwöchiger Arbeit gespiegelt, bis daraus eine Aluform entstand, in die das Silicon gegossen wurde. „Die beiden Seiten waren nie eins zu eins gleich“, erinnert sich der Geschäftsführer.
Mit dem 3D-Druck hat sich das verändert. Nun reicht es, eine Form im CAD-Programm herzustellen, digital zu spiegeln und dann auszudrucken. Dafür wird die Innenkontur der Alu-Form mit einem David Laserscanner abgescannt. Die einzelnen Scans setzt ein Mitarbeiter im CAD-Programm zusammen und konstruiert per Hand nach. Anschließend spiegelt er die fertige Form quasi per Knopfdruck. Die Druckersoftware wandelt die Datei in ein vom 3D-Drucker lesbares Format um. Das geschieht über den sogenannten Slicer. Er zerlegt das CAD-Modell in sogenannten Gcode. Aus dem 3D-Drucker kommt nach wenigen Stunden eine Kopie des künftigen Werkzeugs.

Nicht mehr gefräst, sondern gegossen

Bei der Anita Dr. Helbig GmbH druckt man ausschließlich in PLA. PLA ist ein Biokunststoff und besitzt eine hohe Festigkeit. Von dem PLA-Modell wird zuerst ein Sandabdruck erstellt. Mit der daraus entstandenen Gussform stellt eine Gießerei die Alu-Werkzeuge her. Im Gegensatz zu früher wird also nicht mehr gefräst, sondern einfach gegossen. Weber-Unger: „Das neue Verfahren bringt uns eine Ersparnis von rund 50 Prozent.“

Fazit und Ausblick

3D-Druck hat damit nicht nur Arbeitsschritte ins Unternehmen verlagert, die vorher Dienstleister ausgeführt haben, sondern darüber hinaus die Werkzeugproduktion verändert. Die Anita Dr. Helbig GmbH ist da kein Einzelfall. Da sich Objekte aus dem 3D-Drucker ideal für die Herstellung von Gussformen eignen, nutzen immer mehr Unternehmen diese günstige Möglichkeit der Werkzeugfertigung. (anm)

  • Der 3D-Drucker hat die Werkzeugherstellung für die Prothesen völlig verändert.
  • Mit seinem Druckvolumen von 35 x 35 x 40 Zentimetern und dem günstigen Preis entsprach der X400-3D-Drucker des deutschen Herstellers German RepRap den Anforderungen des bayerischen Mittelständlers.
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