Wie ein mittelständisches Unternehmen von der Expertise eines externen Konstruktionsbüros profitierte.

Süß & friends, gegründet von Maschinenbau-Ingenieur Philipp Süß, ist eines der im Digitalen Pott vertretenen Unternehmen. Es bietet dem Mittelstand den Zugang zu digitalen Fertigungsverfahren. Einer der Kunden fertigt Sondermaschinen für die Verpackungsindustrie und war auf der Suche nach einer neuen Fördermöglichkeit für die in der Produktion verwendeten Klebstoffe. Die Lösung basiert auf neuen, additiven Fertigungsmethoden – und bietet damit zugleich einen branchenübergreifenden Blick auf neue Möglichkeiten, die durch die Digitalisierung entstehen.

Bereiche

Maschinenbau, Industrie, Konstruktion und Fertigung, 3D-Druck

Herausforderungen

  • Technische Ausarbeitung eines komplexen Bauteils
  • Auswahl eines geeigneten Herstellungsverfahrens und des geeignetsten Werkstoffs
  • Standardisierung aller Herstellungsschritte

Lösung

  • mehrschrittiger Herstellungsprozess aus digitaler Fertigung, Weiterverarbeitung und Oberflächenveredelung

Vorteile

  • Kosteneinsparung
  • Kurze Bestellzeiten

Hintergrund

Die Baumer hhs GmbH ist ein weltweit tätiger Hersteller für Systeme zum Klebstoffauftrag sowie zur Qualitätskontrolle. Die Produkte von Baumer hhs werden unter anderem bei der Herstellung von Medikamentenverpackungen, Briefumschlägen oder Versandkartons eingesetzt. Das Unternehmen gilt als sehr innovativ, da es durch die ständige Entwicklung neuer Lösungen seine Technologieführerschaft auszubauen weiß. Der Klebstoff für die Schmelzgeräte liegt in Form eines Klebstoffgranulates vor, das erbsengroßen Kügelchen gleicht. Die Förderung des Granulates erfolgte durch ein komplexes System aus mehreren mechanischen und elektrischen Komponenten.

„Die Ingenieure bei Baumer hhs hatten ein innovatives, neues Konzept zur Förderung des Klebstoffgranulates erarbeitet“, berichtet Marco Abelius, Projektmanager Konstruktion bei Baumer hhs. „Dabei sollten alle Funktionen, wie Ansaugen, Vibrieren und Fördern, nur noch durch ein einzelnes Bauteil erfüllt werden.“ Dieses „Saugförderdüse" genannte Konzept sah vor, dass der Betrieb nur durch Luftdruck allein ermöglicht werden sollte. Auch auf einen Stromanschluss wurde bewusst verzichtet. „Allerdings war das Problem“, so Abelius, „dass sich die Saugförderdüse aufgrund ihrer komplexen Geometrie mit
innenliegenden Kanälen nicht mit konventionellen Verfahren herstellen ließ.“

Das Granulat wird mit Luftdruck befördert (Foto: Süß & friends)

Auch erste Versuche mit industriellem 3D-Druck* führten nicht zum Erfolg. Denn obwohl man mit dieser neuen Verfahrensgruppe praktisch jede erdenkliche Geometrie herstellen kann, stellt sie einen doch auch wieder vor ganz eigene Herausforderungen. So verblieb unerwünschtes Restpulver in den internen Kanälen und die Kosten schwankten stark, je nach Verfahren und Werkstoff.

*Industrieller 3D-Druck
Industrieller 3D-Druck ist ein Sammelbegriff für die Anwendung verschiedener 3DDruck-Technologien im industriellen Einsatz. Dabei wird aus einem pulverförmigen, flüssigen oder drahtförmigen Ausgangsmaterial vollautomatisch ein Bauteil aufgebaut. Als Grundlage dient ein computergeneriertes, hochwertiges 3D-Modell des Bauteils. Industrieller 3D-Druck unterscheidet sich deutlich vom 3D-Drucker aus dem Baumarkt. Professionelle
Maschinen basieren auf komplett anderen physikalischen Grundprinzipien und können schnell eine viertel Million Euro kosten. Als Fachtermini hat sich daher der Begriff „Additive Fertigung“ durchgesetzt.
Heute sind hunderte verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Eigenschaften und Werkstoffen auf dem Markt. Die Werkstoffe reichen von Stahl, Aluminium und Titan über Kunststoffe, Keramik und Beton bis hin zu vielen weiteren sinnvoll einsetzbaren Werkstoffen. Um hier eine geeignete Auswahl und einen sinnvollen, Erfolg versprechenden Einsatz zu treffen, ist neben einem sehr spezifischen, technischen Know-how auch eine umfassende Marktübersicht absolute Grundvoraussetzung.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe für Süß & friends bestand darin, die Saugförderdüse technisch auszuarbeiten und im Anschluss als Standardartikel zur zeitnahen Nachbestellung in kleinen Losgrößen anzulegen. „Zunächst aber galt es, wie häufig bei 3D-Druckverfahren, nicht nur das am besten geeignete Herstellungsverfahren, sondern auch den geeignetsten Werkstoff auszuwählen“, erinnert sich Philipp Süß, Geschäftsführer von Süß & friends. Erst im nächsten Schritt passte der Maschinenbau-Ingenieur dann die Konstruktion an und erstellte die Fertigungsdaten unter Beachtung der einzuhaltenden Qualitätsvorgaben.

„Das Anlegen als Standardartikel steht dabei für den am Ende standardisierten Lauf durch die gesamte Wertschöpfungskette, denn der 3D-Druck ist im Normalfall ja nur ein Teil dieser Kette. Ganz typisch bei der Herstellung technischer Produkte sind die notwendigen nachgelagerten Prozesse“, erklärt Süß. Dazu zählen beispielsweise die Nachbearbeitung, unterschiedlichste Veredelungsverfahren oder die Qualitätskontrolle. Aber auch Verpackung und Versand spielen oft eine Rolle. Diese Wertschöpfungskette kann Süß & friends in Gänze abdecken. „Neben unserer technischen Expertise schätzen unsere Kunden an uns, dass sie mit unserem Konstruktionsbüro nur einen einzigen Ansprechpartner für alle anfallenden Aufgaben haben“, so der Geschäftsführer.

Herausforderungen

Die komplexe Geometrie der Saugförderdüse ließ sich aufgrund ihrer internen Kanäle nicht konventionell fertigen. Zudem blieben beim industriellen 3D-Druck zunächst unerwünschte Pulverrückstände in den internen Kanälen zurück. Auch musste der auszuwählende Werkstoff hohem Verschleiß widerstehen können. Weiterhin war zu beachten, dass Anschlussgewinde für Druckluftventile zu integrieren waren. Und schließlich sollte die Herstellung aufgrund enormen
Kostendrucks auch bei kleinen Losgrößen noch wirtschaftlich sein – kein einfaches Problem, denn die Kosten bei der additiven Fertigung schwanken je nach Verfahren und Werkstoff stark.

Lösung

Süß & friends hat zur Lösung der Probleme einen mehrschrittigen Herstellungsprozess aus digitaler Fertigung, Restpulverentfernung und Oberflächenveredelung entwickelt. Dazu wurde zunächst die Konstruktion angepasst. Als Grundlage für die digitale Fertigung wurde aus den Konstruktionsdaten ein digitales 3D-Produktmodell erstellt, das alle benötigten Informationen und Geometrien enthält.
Der Grundkörper der Düse wird nun aus einem pulverförmigen Spezialkunstoff vollautomatisch von einem Laser hergestellt. „In diesem Herstellungsprozess entsteht bereits die finale Geometrie mit allen Anschlussgewinden, Kanälen und Funktionsflächen“, erklärt Süß. „Aber leider verbleiben dabei in den internen Kanälen noch immer unerwünschte Pulverrückstände.“

Die Düse wird dem Kunststoffpulver, in dem sie von einem Laser erstellt
wurde, entnommen (Foto: Süß & friends)

Um diese zu entfernen, hat Süß & friends ein neues Verfahren entwickelt, das auf Methoden und Werkzeuge aus der Medizintechnik zurückgreift. Die Grundidee dazu entstammt einem Konzept, dass Süß bereits vor Jahren an der Universität Duisburg-Essen erarbeitet hat.
Schließlich geht es darum, die Verschleißfestigkeit noch zu verbessern. Dazu veredelt Süß die Oberfläche mit einem hochfesten Spezialkunstoff.
Die Funktion des so erstellten Bauteils ist durch Dauertests bestätigt worden. Aufgrund dessen ist die Saugförderdüse nun ein fester Bestandteil eines Produktes von Baumer hhs.

Kundennutzen

Projektmanager Marco Abelius braucht nicht lange zu überlegen, um den Kundennutzen zu beschreiben: „Durch das Bauteil ‚Saugförderdüse‘ ersetzen wir gleich mehrere teure mechanische und elektrische Komponenten. Damit sparen wir nicht nur Lagerkosten, sondern entfernen auch mögliche Fehlerquellen aus dem Prozess. Zudem kann die Saugförderdüse innerhalb weniger Tage und in kleinen Stückzahlen wirtschaftlich durch Süß & friends nachproduziert werden. Mit der Zusammenarbeit und dem Ergebnis sind wir sehr zufrieden.“

Montierte Saugförderdüse (Foto: Süß & friends)

Kontakt

Baumer hhs GmbH
Frau
Petra Schneiders
Adolf-Dembach-Straße 19
47829 Krefeld
fon +49 2151 4402-105
fax +49 2151 4402-111
E-Mail pschneiders@baumerhhs.com
Web www.baumerhhs.com