Der Xioneer X1 zeigt: Investition in einen Highend-3D-Drucker lohnt sich

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Die Xioneer Systems GmbH aus Wien, Österreich, entwickelt und produziert 3D-Drucker für professionelle Anwender, die einfach und zuverlässig Prototypen mit dem FDM-Verfahren herstellen möchten. Dr. Andrei Neboian, Gründer und Geschäftsführer von Xioneer Systems, hielt auf der Eisenwarenmesse in Köln eine Rede zum Thema Produktivität im 3D-Druck.

Neue Technologien bringen immer wieder das gleiche Problem: Interessenten, egal ob privat oder business, haben noch kein Gefühl dafür entwickelt, wie viel Geld man in die Technologie investieren sollte, um möglichst viel aus ihr herauszuholen.

Die Verlockung ist groß, die Vorlaufkosten möglichst gering zu halten.

Warum sollte man so viel Geld für eine Maschine ausgeben, wenn man für das gleiche Geld 5 oder sogar 10 günstigere haben kann?

Meistens folgt dann schon kurz darauf das bittere Erwachen.

Diesen Effekt erleben wir momentan beim 3D-Druck. Viele Unternehmen wollen diese Technologie nutzen oder zumindest testen, wie sie genutzt werden kann. Dabei wird oft unterschätzt, was auf ein Unternehmen beim 3D-Druck alles zu kommt. Besonders, wenn man auf ein Produkt mit geringen Vorlaufkosten zurückgreift.

Denn die eigentlichen Kosten der Drucker entstehen durch drei andere Faktoren: Training, Wartungsaufwand und Produktivität.

Schulung und Ausbildung der Mitarbeiter

Die erste große Kostenexplosion kommt oft, gleich nachdem der neue 3D-Drucker im Büro aufgebaut wurde. Mit den Geräten umzugehen ist komplizierter als sich viele vorstellen. Auch Ingenieure, die den Umgang mit CAD-Programmen gewohnt sind, können sie nicht ohne weiteres erfolgreich nutzen.

Besonders bei Low-End-Druckern macht sich das bemerkbar: Sie erfordern nämlich meistens eine manuelle Konfiguration aller Parameter, die für einen Druck notwendig sind. In den schlimmsten Fällen sind das über 120, von denen Temperatur, Richtung und Geschwindigkeit noch die harmlosesten sind. Durch Automatisierungen beim Xioneer X1 haben wir die Anzahl der Druckparameter auf nur wenige intuitive Parameter reduziert – so spart man Zeit bei dem Einstellen jedes Druckauftrages.

Wenn ein Team auf den Umgang mit 3D-Druckern geschult wird, muss dabei alles abgedeckt werden, was für das gewählte Drucker-Modell relevant ist. Das kann unter Umständen Tage dauern, insbesondere wenn mit Stützmaterial gedruckt werden soll, um professionell wirkende Ergebnisse zu erreichen.

Bei hochklassigen Modellen wie z.B. dem Xioneer X1 läuft dagegen ein großer Teil der Kalibrierung automatisiert ab. Die Bedienung wird dadurch einfacher und die Mitarbeiter brauchen weniger Training.

Auch die Kosten für Schulungen – und die immensen Kosten durch den zeitlichen Aufwand – sinken erheblich.

Nur zum Vergleich: Mit unserem Xioneer X1 dauert es weniger als 4 Schulungsstunden, bis man die ersten Druckaufträge erstellen kann. Nicht nur einfache Druckobjekte, sondern auch komplexe Projekte mit Stützmaterial und in einer Größe von bis zu knapp 30 Litern.

Allein damit ist der Unterschied in den Anschaffungskosten meistens schon wieder eingespart.

Aber es geht noch weiter.

Arbeitszeit und Wartungsaufwand

Ich habe oben die 120 Parameter erwähnt, die bei manchen Druckern konfiguriert werden müssen.

Stellen Sie sich jetzt einmal vor, ein Druck läuft schief und Sie müssen herausfinden, an welchem dieser Parameter es liegt. Nach stundenlangem ausprobieren und nachrechnen stellen Sie dann fest: Es lag überhaupt nicht an Ihrer Kalibrierung, sondern an einem Hardwarefehler. Der Extruder hatte sich verhakt.

Solche Geschichten hört man ständig aus Unternehmen, die zunächst auf einen günstigen Drucker zurückgegriffen haben.

Es ist ein wenig wie in den 80er-Jahren, als es Unternehmen ein ganzes Techniker-Team, hunderte Arbeitsstunden und vor allem viele Nerven kostete, einen Papierdrucker im Büro zu unterhalten.

Aber nicht nur die Fehlersuche ist aufwendig, auch schon der Weg zum ersten Druck ist sehr aufwendig: Die Datei erstellen, das Gerät vorbereiten, die Materialien in den Drucker einführen und dann, während der Druck läuft, immer wieder nachsehen, ob wirklich alles funktioniert. „Man benötigt einen Informatikabschluss um einen low-cost Drucker zu bedienen. Sogar Top-Maschinenbauingenieure und gestandene Werkzeugmacher haben sich schwer getan die Maschine zu bedienen,“ teilte mir ein Unternehmer aus dem Industriebedarf mit, der 3D-Druck im Unternehmen einsetzen wollte.

Der Druck selbst dauert meistens deutlich über 10 Stunden. Bei vielen Druckern bedeutet das leider auch: Es muss ständig ein Techniker da sein, der danach sieht, dass alles funktioniert. Denn auch während des Druckens kann noch viel schief gehen.

Viele Drucker verfügen zum Beispiel nicht über eine Anzeige zum Füllstand des Druckmaterials. Und wenn es zwischendurch ausgeht, dann bricht der Druck im besten Fall ab. Im schlechtesten – und leider auch sehr üblichen Fall – ist der Druck danach völlig ruiniert und muss neu gestartet werden.

Auch hier kann man sich viel Zeit, Geld und Ärger sparen.

Gute Drucker erfordern weniger Aufwand bei der Planung eines Drucks und beim Beheben von Fehlern, weil Automatisierungen einen großen Teil der Parameter-Konfiguration übernehmen. Außerdem brauchen Sie deutlich weniger Betreuung.

Drei Features sind dabei unserer Meinung nach besonders nützlich.

Automatisierte Filament-Einführung: Das Nachfüllen von Filament ist für viele Anwender bei vielen Druckern aufwendig. Die Spulen müssen manuell in den Drucker gehängt und das Material in die Düsen eingeführt werden.

Eine automatisierte Einführung geht nicht nur viel schneller, sondern verhindert auch eine häufige Ursache für Fehldrucke: Das Filament wurde falsch eingeführt und hat sich verklemmt.

Füllstandanzeige: Auch hier fühle ich mich wieder in die Anfangszeit des normalen Drucks zurückversetzt, als man nie so genau wissen konnte, ob der Drucker den Auftrag abschließen kann oder ob aus Schwarz langsam Grau und dann Weiß wird.

Beim 3D-Druck ist das Problem noch ungleich größer, weil das Drucken so lange dauert und man bei vielen Druckern einen abgebrochenen Druckvorgang nicht einfach so fortsetzen kann.

Im Optimalfall läuft der Druck einfach über Nacht. Das geht aber nur, wenn man sich sicher sein kann, dass das Filament für den ganzen Druck ausreicht.

Voreingestellte Parameter: Je mehr Arbeit der 3D-Drucker selbst übernimmt, desto weniger Arbeitsaufwand müssen Mitarbeiter in einen Druck stecken und desto kleiner ist das Risiko, dass es zu Fehlern beim Druck kommt.

Unsere Kunden stellen fest, dass sie durch den Automatismus im Desktop-3D-Druck nicht nur bessere Druckqualität erreichen, sondern auch die Druckgeschwindigkeit höher ist.

Auf die physische Geschwindigkeit des Druckkopfes kommt es dabei fast nicht an, entscheidend ist, wie effizient und zuverlässig die Kalibrierung, Materialeinführung und Parametereinstellungen durchgeführt werden. Durch Automatisierung werden diese Prozesse beschleunigt und die gesamte Druckzeit verkürzt. Zeit der Ingenieure für Ihre eigentliche wertschöpfende Arbeit verwenden können.

Die Firma ICEYE verwendet den Xioneer X1 in der Entwicklung von Satelliten und sagt:

Nachdem wir verschiedene 3D-Drucker getestet hatten, schauten wir uns nach einer professionelleren Lösung um. Xioneer X1 erzeugt deutlich bessere Druckqualität und schnellere Ergebnisse.Jeremy Lui, Luft- und Raumfahrtingenieur bei ICEYE.

 

Starke Unterschiede in der Produktivität

Da ein großer Druck über 10 Stunden dauert, schafft man es kaum, mehr als einen Druck pro Tag durchzuführen. Vielleicht zwei.

Das bedeutet, dass jeder zusätzliche Druck auf dem Weg zu Ihrem Prototyp einen Tag Verzögerung bedeutet.

Eine hohe Druckzuverlässigkeit steigert die Produktivität daher immens. Wenn man alle Parameter für einen Druck selbst definieren muss, braucht man oft viele Versuche, um ein erstes akzeptables Ergebnis zu bekommen.

Und dann ist da noch die Sache mit dem Warp. Im Gegensatz zum gleichnamigen Antrieb aus Star Trek sorgt Warp beim 3D-Druck nicht für beeindruckende Beschleunigung, sondern fürs genaue Gegenteil.

Als Warp (oder Verzug) bezeichnet man den Effekt, dass sich Bauteile beim Druck leicht verziehen und wölben. Das kann sogar dazu führen, dass sich die Teile von der Baufläche lösen.

Ausgelöst wird Warp dadurch, dass die Schichten des Drucks unterschiedlich schnell abkühlen und dadurch Spannung im Objekt entsteht.

Man kann diesen Effekt beim Bauplan natürlich berücksichtigen und ihm entgegenwirken, aber viel effektiver geht das mit einem guten 3D-Drucker, der automatisch auf den Warp achtet und ihm entgegenwirkt.

Bei günstigen Druckern hingegen muss man so lange ausprobieren und drucken, bis es klappt. Wenn dann noch zwei oder drei Drucks abbrechen, weil das Material leer oder die Düse verstopft war, kommt man schnell in Verzug.

Ich habe oft genug von Teams gehört, die wieder und wieder ohne den versprochenen Prototyp beim Meeting aufgetaucht sind, weil einfach bei jedem Druck etwas schiefgelaufen war.

Neben der Druckzuverlässigkeit kann man auch durch die Druckgröße einen Boost auf die Produktivität erhalten. Der entscheidende Faktor dafür ist die Volumen-Auslastung, also der Bereich der Produktionsfläche der tatsächlich vom Drucker genutzt werden kann.

Die meisten Drucker können nicht die gesamte Fläche nutzen. An den Rändern nimmt die Druck-Qualität schnell ab und Nutzer müssen oft größere Teile aus mehreren Drucken zusammensetzen oder sich mit der geringeren Druckfläche zufriedengeben.

Das macht den Prozess deutlich schwerer und unangenehmer.

Unser Xioneer X1 rentiert sich schon nach wenigen Monaten

Bei der Entwicklung des Xioneer X1 hatten wir genau diese Punkte im Kopf. Wir wollten einen 3D-Drucker entwickeln, der die Investition auch wirklich wert ist. Es gibt schließlich inzwischen auch Services, die den Druck einfach für Sie übernehmen. Sie schicken Ihre Anforderungen, warten ein paar Tage und bekommen dann den Druck, den Sie sich gewünscht haben.

Das war unsere Messlatte – das Ziel beim X1 war, dass innerhalb weniger Monate die Investition wieder eingespart ist.

Beim X1 liegen die Kosten (inklusive Material, Strom und Verschleiß) für einen Druck ungefähr bei einem Bruchteil der Kosten, die Sie bei manchen 3D-Druckdienstleistern, erwarten.

Abhängig von der Nutzung sind dadurch innerhalb weniger Monate schon die Investitionskosten eingespart. Darüber hinaus erhalten Sie das Druckobjekt deutlich schneller als von einem Dienstleister und kommen dadurch in Ihrem Entwicklungsprozess viel effizienter voran.

Um diese hohe Produktivität bei dennoch konkurrenzfähigen Anschaffungskosten zu erreichen, mussten wir einige neue Technologien entwickeln und patentieren lassen:

  • Das vollautomatische Kalibrierungssystem misst mit einem topographischen Messverfahren die Oberfläche des gesamten Druckbereichs punktgenau. Dadurch verhindert es Teileverzug (Warp) und verkürzt die Zeit, die zur Konfiguration nötig ist auf einen Bruchteil.
  • Durch 100% Volumenauslastung kann der gesamte Druckbereich ohne Qualitätsverlust bedruckt werden – das sind ungefähr 27 Liter. Da passt locker ein Fahrradhelm hinein.
  • Smart Nozzles: Die Düsen speichern automatisch den Materialdurchsatz ab und geben Warnungen aus, wenn sie ausgetauscht werden sollten.
  • Wartung per Plug-and-Play: Sowohl die Düsen als auch das Filament können problemlos und ohne technische Kenntnisse ausgetauscht werden. Das Filament kommt in Kartuschen, die einfach in den Drucker gesteckt werden. Dank eines Kartuschen-Nachfüllprogramms können Sie hier sogar noch weiter sparen. Und nebenbei die Umwelt schonen.

Über die low-cost Drucker wurde mal gesagt: “Man kann nicht einfach einen Knopf drücken und bekommt, was man sich vorgestellt hat.”

Für viele 3D-Drucker, die es momentan auf dem Markt gibt, trifft das immer noch zu.

Wir finden aber, dass es genau so funktionieren sollte.

Auf Knopfdruck.

Der X1 ist ein großer Schritt hin zu dieser Vision.

Link zum Xioneer X1 Video: https://www.youtube.com/watch?v=qLV61CdyUJI&t=1s

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