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Rapid Prototyping mit verschiedenen Materialien

Wie ein traditionsreiches Technikunternehmen einen neuen Prototyp mit Desktop 3D-Druck erfand.

DIE HERAUSFORDERUNGEN, DIE EINEN PRODUKTDESIGNER BESCHÄFTIGEN.
Sebastian Leifels stand vor einer Herausforderung: Er wollte einen idealen Prototypen bauen, um das Design eines Produkts vor der Herstellung  eines Spritzgießwerkzeugs zu validieren. Als Produktdesigner bei Wöhler, einem international agierenden, in Bad Wünnenberg ansässigen Hersteller von Mess- und Inspektionstechnik, musste Sebastian Leifels einen Prototypen herstellen, welcher der finalen Ästhetik und Funktionsweise des Produktes entspricht.

Er erklärt: “In dieser Entwicklungsphase ist es wichtig, Fehler zu vermeiden. Abänderungen am finalen Spritzgießwerkzeug sowie dem Endprodukt können teuer werden. Die Kosten können zwischen einem drei- bis fünfstelligen Euro-Betrag liegen.”

Der Produktdesigner Sebastian Leifels fertigte den Prototypen für das vom Aussehen und der Funktionsweise identische Wöhler HF 5500 Holzfeuchtemessgerät hausintern an.
Der Produktdesigner Sebastian Leifels fertigte den Prototypen für das vom Aussehen und der Funktionsweise identische Wöhler HF 550 Holzfeuchtemessgerät hausintern an.

Dieses Risiko hatte Sebastian Leifels vor Augen, als er den Prototypen für das Wöhler HF 550 Holzfeuchtemessgerät, einem Gerät, welches den Feuchtigkeitsgehalt von Feuerholz und Holzprodukten wie Pellets oder Holzspänen misst, erstellte. Dies sind einige Einsichten, die Sebastian Leifels und sein Team während des Rapid Prototyping erlangten.

HAUSINTERNES PROTOTYPING RESULTIERT IN EINEM BESSEREN FINALEN DESIGN.
Um seine Deadlines einzuhalten, musste Sebastian Leifels Abänderungen am Prototypen schnell und einfach durchführen und er entschied sich für den Einsatz von Desktop 3D-Druck. Seine Wahl fiel auf den Formlabs 3D-Drucker, der mithilfe der Stereolithografie (SLA) Technologie präzise Modelle innerhalb von Stunden kreiert.

Er meint: “Mit einem Formlabs 3D-Drucker wurde die Prototypenherstellung der Weichteile von mehreren Tagen auf einige Stunden reduziert. Mit der Einführung des Druckers zum Design von Teilen des Gehäuses haben wir mehrere Wochen im gesamten Entwicklungsprozess gespart.”

Die hausinterne Durchführung des Prototyping ermöglichte dem Wöhler-Team erhöhte Kontrolle und Geschwindigkeit im Designprozess.

SLA 3D-Druck kann für Modelle angewendet werden, die hohe Genauigkeit erfordern, wie zum Beispiel Schnappgehäuse.
SLA 3D-Druck kann für Modelle angewendet werden, die hohe Genauigkeit erfordern, wie zum Beispiel Gehäuse mit Schnappverbindungen.

Sebastian Leifels erinnert sich:

“Wenn nötig, haben wir den Drucker in der Entwicklungsphase Tag und Nacht für mehrere Wochen laufen lassen”.

Mit einer größeren Anzahl an Prototypen konnte das Team mehr Ideen innerhalb des Prototyping austesten, was zu einem besseren Endresultat führte.

BEI DER WAHL DER WERKZEUGE ENTSCHEIDET NICHT DER PREIS ÜBER DIE QUALITÄT.
Am Anfang des Designprozesses hatte Sebastian Leifels einen 3D-Drucker in Gebrauch, der das Schmelzgussverfahren (FDM, Fused Deposition Modeling) benutzte und mehr als das Vierfache des Formlabs 3D-Druckers kostete. Trotzdem war der FDM-Drucker nicht in der Lage, akurate Details zu produzieren.

“Der Formlabs 3D-Drucker ermöglichte eine höhere Präzision,”
erklärt Sebastian Leifels. “Unsere Vorgängermaschine hatte eine minimale Schichtdicke von 0.178 mm. Der Formlabs 3D-Drucker hatte eine minimale Schichtdicke von 0.025 mm.” Er führt aus: “Selbst wenn dieselbe Schichtdicke gewählt wird erzeugen Formlabs-Drucker glattere Oberflächen.”

DIE KOMBINATION VERSCHIEDENER MATERIALIEN VERBESSERT DIE ANWENDERTESTS.
Um den Prototypen des Holzfeuchtemessgerät zu erstellen benutzte Sebastian Leifels verschiedene Materialien. Der vorherige FDM 3D-Drucker des Teams konnte keine flexiblen Materialien drucken, sodass ein komplexer Prozess notwendig war, um Modelle zu erstellen: Zunächst designte das Team eine Gießform und druckte diese auf dem FDM-Drucker.

Dann folgte seine aufwendige Nachbearbeitung, um die
Oberfläche zu glätten. Schließlich wurde das Gießform mit einer Gummimasse ausgefüllt.

Sebastian Leifels erinnert sich: “Dies war ein zeitintensiver Prozess und wir konnten dennoch keine feinen Details erzeugen. Heutzutage haben wir unseren Prozess vereinfacht, indem wir direkte Drucke detaillierter Teile auf dem Formlabs 3D-Drucker erzeugen.”

Formlabs Prototyp
Sebastian erstellte die Tastatur und das Gehäuse des Messgeräts mit demselben 3D-Drucker, indem er von verschiedenen Materialien Gebrauch machte.

Sebastian benutzt das Schwarze Kunstharz für die Hülse und das Flexible Kunstharz für die Tastatur und Weichteile.

Die Tasten mussten auf Druck flexibel reagieren und die Tastenwände mussten sehr dünn und dennoch widerstandsfähig sein. Der Produktdesigner meint, dass Flexibles Kunstharz dem Team erlaubte, “mit den Prototypen eine Vielzahl von Tests durchzuführen, ohne dass es zu Schäden oder funktionalen Einschränkungen der Teile kam.”

Sebastian Leifels und sein Team benutzen den Formlabs 3D-Drucker für Prototypen bei Wöhler: “Mit hausinternem 3D-Druck haben wir den Vorteil Teile zu testen bevor sie in die Massenproduktion gehen. Das Risiko der Nachbesserung ist gering.”

Das Benutzen einer einzigen Maschine, die verschiedene Materialien erstellen kann, eröffnet neue Prototypingmöglichkeiten für das Wöhler-Team. Obwohl hausinterner 3D-Druck Zeit und Geld spart, ist der größte Vorteil die Möglichkeit des Erhalts bessere Endprodukte.

Formlabs Wöhler Case Study

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Formlabs entwickelt und produziert leistungsstarke und benutzerfreundliche 3D-Drucksysteme für Ingenieure, Designer und Hersteller. Das Unternehmen wurde 2011 von einem Ingenieurteam am MIT Media Lab und dem Center for Bits and Atoms gegründet. Mit Hauptsitz in Boston und Büros in Deutschland, Japan und China setzt Formlabs weltweit Maßstäbe für den professionellen 3D-Druck in unterschiedlichen Branchen, darunter Schmuckdesign, Zahnmedizin, Gesundheitsversorgung, Forschung und Bildung. Zu den Produkten von Formlabs gehört der SLA 3D-Drucker Form 2, der SLS 3D-Drucker Fuse 1, die Fertigungslösung Form Cell und der Online-Marktplatz für 3D-Designs Pinshape. Zudem entwickelt Formlabs seine eigene Suite aus hochleistungsfähigen 3D-Druckmaterialien sowie branchenführender 3D-Druckersoftware.