3D-Druck für Vorrichtungsbau und Produktionshilfen

Warum 3D-Druck im Vorrichtungsbau?

Klassische Vorrichtungen werden häufig gefräst, gedreht oder aus mehreren Standardkomponenten aufgebaut. Diese Verfahren sind bewährt, können bei individuellen Einzelstücken aber vergleichsweise aufwendig sein. Besonders dann, wenn sich die Vorrichtung während der Produktentwicklung mehrfach ändern muss.

Additive Fertigung ermöglicht einen anderen Ansatz. Die Vorrichtung wird direkt für das Werkstück und den Prozess konstruiert. Aussparungen, Aufnahmen, Griffe, Kabelwege oder Beschriftungen können bereits im digitalen Modell integriert werden.

Ändert sich das Produkt, muss nicht zwangsläufig die komplette Vorrichtung mechanisch umgebaut werden. Stattdessen wird das CAD-Modell angepasst und eine neue Version gefertigt. Dadurch entstehen kurze Iterationen und eine hohe Flexibilität in Produktion und Montage.

Typische Produktionshilfen aus dem 3D-Druck

Der Begriff Produktionshilfe umfasst eine große Bandbreite unterschiedlicher Bauteile. Gemeinsam haben sie, dass sie den Fertigungs-, Montage- oder Prüfprozess unterstützen.

Montagevorrichtungen individuell fertigen

Montagevorrichtungen sollen Arbeitsschritte schneller, reproduzierbarer und sicherer machen. Dafür müssen sie exakt zum Werkstück passen. Eine universelle Vorrichtung ist nicht immer die beste Lösung.

Mit 3D-Druck können Auflageflächen, Anschläge, Griffbereiche und Führungen direkt an die Produktgeometrie angepasst werden. Auch asymmetrische oder organische Formen lassen sich berücksichtigen.

Besonders bei neuen Produkten ist das hilfreich. Während der Anlaufphase ändern sich Bauteile häufig. Eine gedruckte Vorrichtung kann diese Änderungen wesentlich schneller begleiten als eine aufwendig gefertigte Sonderkonstruktion.

Prüflehren und Prüfaufnahmen aus dem 3D-Druck

In der Qualitätssicherung müssen Bauteile häufig immer wieder in derselben Position geprüft werden. Dafür sind reproduzierbare Aufnahmen entscheidend.

Eine individuell gedruckte Prüfaufnahme kann das Werkstück formschlüssig aufnehmen und dabei genau die Bereiche freilassen, die gemessen oder kontrolliert werden sollen. Auch Anschläge, Markierungen und Führungen können direkt integriert werden.

Für viele Prüfaufgaben ist eine solche Lösung besonders interessant, weil nur wenige Vorrichtungen benötigt werden. Das gilt beispielsweise für Wareneingang, Serienprüfung, Endkontrolle oder interne Montagefreigaben.

Bohrschablonen und Positionierhilfen

Wiederkehrende Bohrungen, Ausschnitte oder Positionierungsaufgaben müssen schnell und möglichst fehlerfrei durchgeführt werden. Eine Schablone kann dabei helfen, Maß und Position direkt vorzugeben.

3D-Druck ermöglicht Schablonen, die nicht nur auf einer ebenen Fläche aufliegen. Sie können sich an komplexe Werkstückkonturen anpassen, vorhandene Kanten als Referenz nutzen und mehrere Funktionen kombinieren.

Bei mechanisch stärker beanspruchten Bereichen können bei Bedarf zusätzliche Komponenten wie metallische Buchsen konstruktiv vorgesehen werden. Die genaue Ausführung hängt vom Prozess, der Belastung und der erwarteten Lebensdauer ab.

Greifer und End-of-Arm-Tooling

Automatisierte Handhabungssysteme benötigen Greifer, die sicher zur Werkstückgeometrie passen. Standardgreifer reichen dafür nicht immer aus. Besonders bei empfindlichen, asymmetrischen oder häufig wechselnden Produkten werden individuelle Greiferfinger interessant.

Mit additiver Fertigung können Kontaktflächen direkt auf das Werkstück abgestimmt werden. Gleichzeitig lassen sich Funktionen wie Luftkanäle, Sensorhalter, Kabelbefestigungen oder Gewichtsreduzierungen in die Konstruktion integrieren.

Ein geringeres Greifergewicht kann bei dynamischen Anwendungen vorteilhaft sein, sofern die mechanische Stabilität weiterhin ausreichend ist. Auch weiche Kontaktbereiche können je nach Anwendung über geeignete Materialkonzepte umgesetzt werden.

Ergonomische Produktionshilfen für Mitarbeiter

Produktionshilfen können nicht nur die Bauteilqualität verbessern, sondern auch Arbeitsabläufe ergonomischer gestalten. Griffe, Werkzeughalter, Ablagen und Montagehilfen lassen sich auf konkrete Handbewegungen und Arbeitsplatzbedingungen anpassen.

Eine Vorrichtung kann beispielsweise ein Werkstück so positionieren, dass es leichter erreichbar ist. Ein individuell geformter Griff kann die Handhabung vereinfachen. Ein Organizer kann benötigte Komponenten direkt dort bereitstellen, wo sie gebraucht werden.

Besonders bei häufig wiederholten Arbeitsschritten können kleine Verbesserungen einen großen Unterschied im täglichen Ablauf machen.

Materialien für Vorrichtungen und Produktionshilfen

Nicht jede Vorrichtung benötigt denselben Werkstoff. Ein leichter Montagehalter stellt andere Anforderungen als ein mechanisch belasteter Greiferfinger oder eine flexible Schutzauflage.

Wefer3D bietet im FDM-Verfahren unter anderem:

Im SLS-Verfahren steht PA12 zur Verfügung. Weitere FDM-Materialien sind auf Anfrage möglich.

Für stark beanspruchte Vorrichtungen können steifere oder faserverstärkte Werkstoffe interessant sein. Für flexible Kontaktflächen kommt je nach Anwendung beispielsweise TPU infrage. Die konkrete Materialwahl sollte jedoch immer auf Belastung, Umgebung und gewünschte Lebensdauer abgestimmt werden.

FDM für Vorrichtungsbau

FDM eignet sich besonders gut für individuelle Vorrichtungen, Montagehilfen, große Aufnahmen und Prototypen. Ein wichtiger Vorteil liegt in der großen Materialauswahl.

Zusätzlich kann die innere Struktur eines Bauteils über den Infill angepasst werden. Dadurch lassen sich Gewicht, Materialverbrauch und Stabilität gezielt beeinflussen. Für viele Produktionshilfen muss nicht jede Fläche massiv ausgeführt werden.

Auch große Bauteile sind möglich. Wefer3D kann Bauteile bis 800 × 800 × 1000 mm realisieren. Damit lassen sich auch größere Werkstückaufnahmen, Vorrichtungskörper oder technische Hilfsmittel umsetzen.

SLS mit PA12 für komplexe Produktionshilfen

SLS ist besonders interessant, wenn eine Vorrichtung komplexe Geometrien, Hinterschneidungen oder integrierte Funktionen besitzt. Das Bauteil entsteht innerhalb eines Pulverbetts, das während der Fertigung als Stütze dient.

Klassische Supportstrukturen sind deshalb normalerweise nicht erforderlich. Dadurch können beispielsweise verschachtelte Halter, komplexe Greiferkomponenten und Baugruppen mit schwer zugänglichen Bereichen flexibel gefertigt werden.

Wefer3D setzt im SLS-Verfahren PA12 ein. Für kleinere, komplexe Produktionshilfen und wiederkehrende Serien kann SLS eine interessante Option sein.

FDM oder SLS für Produktionshilfen?

Welches Verfahren besser passt, hängt von Geometrie, Material, Bauteilgröße und Stückzahl ab. FDM bietet eine besonders breite Werkstoffauswahl und eignet sich auch für große Vorrichtungen. SLS kann bei komplexen Formen und kleineren Serien aus PA12 Vorteile bieten.

Produktwechsel schneller abbilden

In modernen Produktionsumgebungen wechseln Varianten und Produkte immer häufiger. Dadurch müssen auch Vorrichtungen und Hilfsmittel regelmäßig angepasst werden.

Eine digitale Produktionshilfe lässt sich deutlich einfacher ändern als eine fest definierte Sonderkonstruktion. Die Geometrie wird angepasst und die neue Version kann produziert werden.

Dadurch eignet sich additive Fertigung besonders für Pilotserien, Variantenfertigung und Prozesse, bei denen regelmäßig neue Produktstände eingeführt werden.

Kleinserien von Vorrichtungen und Betriebsmitteln

Eine Produktionshilfe wird häufig nicht nur an einem Arbeitsplatz benötigt. Mehrere Montagestationen oder Fertigungslinien können identische oder leicht angepasste Vorrichtungen verwenden.

Additive Fertigung ermöglicht es, solche Kleinserien ohne klassisches Werkzeug zu produzieren. Gleichzeitig bleiben Varianten möglich. Eine Vorrichtung kann beispielsweise je nach Arbeitsplatz unterschiedliche Beschriftungen, Griffe oder Anschläge erhalten.

Gerade bei mehreren Standorten oder wechselnden Produktständen kann diese digitale Flexibilität einen großen Vorteil darstellen.

3D-Scan für bestehende Werkstücke und Vorrichtungen

Nicht immer liegt ein vollständiges CAD-Modell des Werkstücks oder einer vorhandenen Vorrichtung vor. Für Anpassungen und Reverse Engineering kann ein 3D-Scan eine geeignete Ausgangsbasis sein.

Wefer3D bietet einen 3D-Scan-Service an. Bestehende Objekte können digitalisiert und anschließend für Konstruktion, Reproduktion oder Weiterentwicklung verwendet werden.

Das kann beispielsweise interessant sein, wenn eine alte Vorrichtung ersetzt, ein vorhandener Halter verbessert oder eine Produktionshilfe an ein bestehendes Bauteil angepasst werden soll.

Konstruktion für langlebige Produktionshilfen

Eine Produktionshilfe wird häufig viele Male am Tag eingesetzt. Deshalb sollten Konstruktion und Material auf den realen Prozess abgestimmt werden.

Belastung, Kontaktflächen, Temperatur, mögliche Medien und Bedienung spielen dabei eine wichtige Rolle. Ein Griff muss anders ausgelegt werden als eine Bohrführung oder ein Roboter-Greiferfinger.

Produktionshilfen direkt online kalkulieren

Gerade beim Vorrichtungsbau sind schnelle Entscheidungen wichtig. Wenn eine neue Montagelinie vorbereitet wird oder eine bestehende Vorrichtung kurzfristig ersetzt werden muss, sollte die Kalkulation nicht unnötig lange dauern.

Mit dem Online-Kalkulator von Wefer3D können STL- und STEP-Dateien direkt hochgeladen und bewertet werden.

Warum Wefer3D für Vorrichtungsbau?

Vorrichtungen müssen zum realen Produktionsprozess passen. Deshalb sind flexible Fertigung, technische Materialauswahl und schnelle Änderungen besonders wichtig.

Wefer3D kombiniert FDM und SLS mit einem Maschinenpark aus 21 leistungsstarken 3D-Druckern. Dadurch lassen sich Einzelstücke, Pilotvorrichtungen und wiederkehrende Kleinserien mit unterschiedlichen technischen Kunststoffen umsetzen.

Fazit: 3D-Druck macht Produktionshilfen flexibler

3D-Druck für Vorrichtungsbau und Produktionshilfen bietet Unternehmen die Möglichkeit, individuelle Betriebsmittel schnell und ohne klassischen Formenbau umzusetzen. Montagevorrichtungen, Prüfaufnahmen, Bohrschablonen, Greifer, Werkstückhalter und ergonomische Hilfsmittel können direkt an Produkt und Prozess angepasst werden.

FDM bietet dafür eine breite Auswahl technischer Kunststoffe und eignet sich auch für große Vorrichtungen. Materialien wie PA6 CF, PPS-CF, PA6 GF, PETG, PCTG, TPU 95A, ASA, ABS, PP und weitere Werkstoffe ermöglichen unterschiedliche mechanische Eigenschaften.

SLS ergänzt diese Möglichkeiten mit PA12 und hoher geometrischer Freiheit. Besonders komplexe Halterungen und kleinere Vorrichtungskomponenten können ohne klassische Supportstrukturen gefertigt werden.

Der große Vorteil liegt in der digitalen Anpassbarkeit. Ändert sich ein Produkt oder Arbeitsprozess, kann auch die Produktionshilfe schnell weiterentwickelt werden. Statt langfristig an eine starre Vorrichtung gebunden zu sein, entsteht ein flexibler digitaler Entwicklungsprozess.

Wefer3D bietet dafür 21 leistungsstarke 3D-Drucker, FDM und SLS, Bauteilgrößen bis 800 × 800 × 1000 mm und abhängig vom Projekt Lieferzeiten ab einem Werktag. Über den Online-Kalkulator können STL- und STEP-Dateien direkt hochgeladen und kalkuliert werden.