Wie 3-D-Druck Bauteilkonstruktion und Lagerhaltung verändert

Fantastische Gebilde mit organischen Formen, perfekter Statik und minimalem Materialeinsatz – 3-D-Druck befeuert kreative Ideen, die den Maschinenbau revolutionieren. Seit mehr als sechs Jahren arbeitet der Crailsheimer Verpackungsmaschinenhersteller Schubert bereits mit Teilen aus dem Drucker. Inzwischen kommen in jeder seiner TLM-Anlagen digital konstruierte 3-D-Bauteile zum Einsatz und eröffnen eine völlig neue Welt. Für diesen digitalen Kulturwandel braucht es Mut, denn die althergebrachten Grenzen müssen überwunden werden. Und es braucht Verstand, um in der Vielfalt der Möglichkeiten und der Freiheit der dreidimensionalen Konstruktion realistische Wege einzuschlagen. Daher sind die entscheidenden Fragen bei jeder 3-D-Fertigung, ob und für welche Maschinenteile das faszinierende Verfahren wirtschaftlich sinnvoll ist.

Konstruktive Freiheit eröffnet neue Möglichkeiten

Die Vorteile im Verpackungsprozess zumindest sind bestechend: „Der 3-D-Druck bietet uns konstruktive Freiheiten, die vorher undenkbar waren. Wir können heute passgenaue Werkzeuge für zerbrechliche und komplexe Produktformen in einem Stück herstellen, und das ohne viele Einzelteile und Befestigungsschrauben. Die gedruckten Bauteile aus Kunststoff sind formschlüssiger und leichter als ihre früheren Pendants aus Metall, dabei aber genauso robust“, erklärt Marcus Schindler, Geschäftsführer bei Schubert Additive Solutions. Beispielsweise werden zerbrechliche Eiswaffeltüten jetzt mit optimal geformten Werkzeugen verarbeitet – kein Vergleich zu mehrfach gekanteten Blechgreifern. Als erster Hersteller der Branche hat Schubert übrigens lebensmittelzertifizierte 3-D-Werkzeuge angeboten, deren Oberflächen entsprechend hygienisch sind.

3-D-Teile on demand für flexible Produktion

Ein entscheidendes Argument für die additive Fertigung ist aber nicht nur die konstruktive Freiheit, sondern auch der deutliche Zeitgewinn. Denn der Einsatz von 3-D-Teilen verkürzt den Herstellungsprozess insgesamt, da ein 3-D-Bauteil mehrere herkömmliche Teile ersetzt. „Wir können auf neue Produkte und geänderte Verpackungswünsche unserer Kunden sehr kurzfristig und flexibel reagieren“, erklärt Schindler. Doch jetzt folgt ein weiterer logischer Entwicklungsschritt: 3-D verändert nicht nur die Maschinen und Verpackungsprozesse, sondern neuerdings auch die Lagerhaltung. Das Stichwort dazu heißt „on demand“. Denn elektronische Konstruktionsdaten lassen sich aus einer Cloud in Sekundenschnelle auf der ganzen Welt abrufen. Solch einen Zugriff auf geprüfte und zertifizierte Druckdaten macht Schubert Additive Solutions mit seiner neuen digitalen Part-Streaming-Plattform jetzt möglich. „Auf Wunsch geben wir unseren Kunden zusätzlich einen 3-D-Drucker mit auf den Weg, mit dem sie ihre Formatteile selbst herstellen können.“

Für Hersteller in der Verpackungsbranche ist der 3-D-Druck on demand ein konsequenter Schritt in Richtung sichere, flexible Produktion. Bauteile sind in einem Bruchteil der bisherigen Zeit verfügbar und passen exakt zur Maschine. Neue Produkt- und Verpackungsformate lassen sich mit gedruckten Werkzeugen direkt vor Ort testen und realisieren. Unternehmen können der immer häufiger geforderten hohen Produktionsflexibilität mit 3-D wirksam entgegentreten. Gerade in Zeiten des E-Commerce mit seinen Anforderungen an Losgröße 1 und einer sofortigen Produktion oder der Schnelllebigkeit von Formaten im Kosmetikbereich sind das wichtige Voraussetzungen, um dauerhaft im Markt bestehen zu können.

3-D-Drucker und Internet – mehr ist nicht nötig

Wer von der Part-Streaming-Plattform profitieren möchte, benötigt im Prinzip nur einen handelsüblichen 3-D-Drucker und einen Internetzugang. „Das reicht bereits, um die webbasierte und leicht zu bedienende Software nutzen zu können“, versichert Schindler. „Eine der sichersten Datenverbindungen zwischen Drucker im Firmennetzwerk und unserer Plattform ist hier unser GS Gate“, fügt er hinzu. Das Industrial Gateway besitzt zwei getrennte digitale Bereiche. Auf dem einen läuft die Software des Kunden. Der andere beinhaltet eine Firewall sowie einen Remote Access für den Fernzugriff. Durch diese zweiteilige Konfiguration bietet das GS Gate einen starken Schutz vor Angriffen aus dem Netz. „Für Kunden, die das volle Potenzial des 3-D-Drucks ausschöpfen möchten, bieten wir zusätzlich eine Expertenberatung an“, berichtet Schindler weiter. Dabei werden die Teile in der Produktion eines Unternehmens identifiziert, die sich für eine 3-D-Fertigung eignen und anschließend bis zu einem zertifizierten Druckjob konstruiert. Auf der Part-Streaming-Plattform liegen die digital gelagerten Ersatzteile, Werkzeuge und Betriebsmittel dann bereit für den Druckbefehl.

Das virtuelle Lager ist schnell, zuverlässig und wirtschaftlich. Denn jedes Teil ist sofort und ohne Einschränkungen verfügbar, lange Warte- und Lieferzeiten erübrigen sich. Das Risiko eines Transports inklusive möglicher Schäden entfällt komplett. Die Lagerhaltung beim Kunden beschränkt sich nur noch auf das Druckmaterial, sodass bisher gebundenes Kapital für andere Investitionen freigesetzt wird. „Die Schubert-Plattform ist für unsere Kunden absolut kostentransparent und bietet außerdem eine reproduzierbare Qualität in Verbindung mit einer hohen Datensicherheit“, ergänzt der Geschäftsführer.

Neben einfachen Ersatz- und Verschleißteilen lassen sich verschiedene Roboterwerkzeuge über die Part-Streaming-Plattform drucken. Viele Möglichkeiten und einen leichten Einstieg in das Verfahren bieten auch ständig genutzte Betriebsmittel und Vorrichtungen. Ein sogenannter Quick Check direkt in den Produktionshallen der Kunden bringt potenzielle 3-D-Bauteile inklusive der Kosteneinsparungen ans Licht. Wie schnell und einfach sich die Teile auf der Plattform realisieren lassen, wird in zehn Stufen von „sofort umsetzbar“ bis „komplett neue Konstruktion“ kategorisiert. Mit einem Schuss Kreativität und Pioniergeist können Hersteller selbst auf die Suche nach potenziellen 3-D-Hilfsmitteln gehen und mithilfe des Dienstleisters eigene konstruktive Lösungen ausarbeiten.

3-D-Teile zukünftig auch aus Metall

Das Material für den 3-D-Druck spielt natürlich eine gewisse Rolle. Schindler erklärt: „Bisher setzen wir überwiegend Kunststoffe ein, die im Filament-Verfahren oder – bei größeren Werkzeugen – auch im aufwendigeren Pulverbett-Verfahren gedruckt werden. Künftig wollen wir uns auch die Vorteile erschließen, die mit der additiven Fertigung aus Materialien wie Aluminium, Edelstahl oder Titan verbunden sind. Aktuell testen wir einen Metalldrucker.“ Laut Angaben des Unternehmens hat Schubert mittlerweile über 100.000 Teile mittels 3-D-Druck hergestellt, allein im Jahr 2019 rund 30.000 Stück. Geplant ist, den Anteil der additiv produzierten Teile, die in Schubert-Maschinen verbaut werden, im Jahr 2020 auf fünf Prozent zu steigern.

Hinter dem Trend 3-D-Druck verbergen sich also ganz neue Perspektiven mit handfesten Vorteilen für die Verpackungsbranche. Trotz aller Begeisterung sollte jedes Bauteil unter einer Prämisse stehen: 3-D-Druck muss sich rentieren. Das sieht auch Schubert so. Denn die Entscheidung für additive Fertigung wirkt sich auf die gesamte Prozesskette aus. Schindler ist aber überzeugt, dass die 3-D-Technologie weitere Veränderungen anstößt: „Unsere jungen Entwickler denken schon heute dreidimensional. Auf lange Sicht wird der 3-D-Druck in der Serienproduktion sich als zusätzliches Fertigungsverfahren etablieren und die Verpackungsbranche deutlich flexibler machen.“