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Jul 16, 2023

Sie können jetzt 3D-Teile für Verpackungsmaschinen streamen

Bob Sperber | 14. Okt. 2020 Wenn Sie Musik hören möchten, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie einen Online-Streaming-Dienst wie Spotify genutzt haben. Sie wählen einfach ein Lied aus und klicken zum Abspielen. Was wäre, wenn es so wäre

Bob Sperber | 14. Okt. 2020

Wenn Sie Musik hören möchten, besteht eine gute Chance, dass Sie einen Online-Streaming-Dienst wie Spotify genutzt haben. Sie wählen einfach ein Lied aus und klicken zum Abspielen.

Was wäre, wenn es genauso einfach wäre, dasselbe zu tun, wenn Sie ein Teil benötigen, um Ihre Verpackungsmaschine am Laufen zu halten? „Was-wäre-wenn“, wie sich herausstellt, ist genau jetzt.

Jetzt ist ein neues Click-to-Print-System im Einsatz, das Ihren Verpackungsbetrieben eine Lösung für die additive Fertigung (3D-Druck) bieten kann, die die Einfachheit des Musik-Streamings mit der Science-Fiction-Vermittlung „der Verwendung eines Replikators aus Star Trek“ kombiniert, heißt es Marcus Schindler, Supply Chain Director der Gerhard Schubert GmbH, Hersteller von Verpackungsmaschinen für Nestlé, Unilever, Roche, den italienischen Süßwarenhersteller Ferrero und andere Verbrauchermarken.

Zu den wichtigsten Vorteilen, die von Befürwortern der additiven Fertigung angepriesen werden, gehören geringere Werkzeugkosten; größere Kontrolle und Innovation über Teiledesigns; höhere Fertigungspräzision; schnellere Designüberarbeitungen/-iterationen; kürzere Vorlaufzeiten und kürzere Bereitstellungszeit; und weniger Abfall für mehr Umweltverträglichkeit. Mit zunehmender Reife der Methode deutet das Preis-Leistungs-Verhältnis darauf hin, dass es immer mehr Lösungen gibt, die die richtigen Materialien und Drucker kombinieren, um neue Lösungen für Verpackungslinien bereitzustellen.

„Wir sind fest davon überzeugt, dass die On-Demand-Fertigung und die Verteilung der Fertigung bis zum Kunden ein überlegener Ansatz ist“, sagt Schindler, der auch Co-CEO von Schubert Additive Solutions ist, einem neuen Schwesterunternehmen, das letztes Jahr gegründet wurde, um einen Klick zu entwickeln -to-print-Lösung zum Versenden von Daten anstelle von Teilen, sodass Kunden ihre eigenen Produkte vor Ort drucken können, sofern sie über spezielle Kenntnisse im 3D-Design oder -Druck verfügen. Stattdessen durchsuchen sie ihren Online-Teilekatalog oder ihr „Digital Warehouse“-Konto nach dem Teil, das sie benötigen, klicken darauf und der Druckvorgang beginnt automatisch.

Bei den Teilen kann es sich um Standardersatzteile und Ersatzteile handeln, die sich bereits in den virtuellen Lagern des Maschinenbauers befinden, aber auch um kundenspezifische Werkzeuge für Produkt- und Verpackungsformatwechsel, wie etwa Roboter-End-of-Arm-Tools (EoATs).

Das Streamen von Teilen im Werk ist so einfach wie Musik in der Mittagspause: Verpackungsprofis können jetzt auf ein Bild klicken, um das benötigte Teil bei Bedarf automatisch auszudrucken.

Die erste Installation erfolgte letztes Jahr, als eine Kosmetikmarke die Lösung in ihrem Betrieb installierte. Während die meisten Details noch nicht öffentlich sind, berichtet Schindler, dass ein vollständiger Satz Formatwechselteile, vom leeren Behälter bis zum End-of-Line, mit der 3D-Drucklösung vor Ort weniger als 1.000 € kostet. Sehen Sie sich diese Kosmetiklinie und andere in diesem Video an.

Seit dieser Installation wurden vier weitere Verpackungslinien mit Druckern ausgestattet, und fünf weitere Erstanwender haben das System für Nichtverpackungsanwendungen gekauft.

Für Verpackungskunden beseitigt das System die technischen Hürden für die Einführung. Tatsächlich verwenden viele bereits gedruckte Teile und wissen es vielleicht nicht. Laut Schindler hat der Maschinenbauer seit 2012 bei jeder von ihm hergestellten Maschine additive Fertigung eingesetzt – von einigen Hundert auf 45.000 im letzten Jahr und etwa 65.000 in diesem Jahr. Hunderttausende gedruckte Teile laufen mittlerweile auf Verpackungslinien vor Ort.

Die neue Lösung mit dem Namen Partbox ist das Ergebnis einer Partnerschaft mit dem Anbieter von Additive-Manufacturing-Lösungen Ultimaker.

So funktioniert das: Der Benutzer, beispielsweise ein autorisierter Verpackungsmanager, meldet sich bei seinem persönlichen Partbox Digital Warehouse-Konto (unter partbox.eu) an, wählt Teil(e) und Mengen aus dem Softwarekatalog oder „Digital Warehouse“ aus und klickt zum Drucken. Das ist so ziemlich alles, was über das Laden des Materials hinausgeht (siehe Bild unten).

Die Anlage von Schubert beherbergt mehrere Millionen Dollar teure 3D-Drucker für Metall und Kunststoffe. Der verkleinerte Partbox-Drucker (vorne und in der Mitte) nutzt Technologie von Ultimaker, um Kunden eine hauseigene Goldlöckchen-Preis-Leistungs-Lösung für Kunststoffe zu bieten.

Schubert hat den Kundendienst und Support nicht eingestellt und verkauft daher weiterhin Teile, ob 3D-gedruckt oder anderweitig. Stattdessen wurde das Partbox-System so entwickelt, dass Benutzer Teiledateien nicht öffnen und ändern können. Auf der anderen Seite schützt und garantiert das System die Qualität, Sicherheit und Leistung der gedruckten Teile und schützt gleichzeitig sein eigenes geistiges Eigentum. Das geschlossene System ähnelt insofern dem iTunes-Musikshop von Apple, als es einen ummauerten Garten geschützter Dateien erstellt.

Die Datenkommunikation, von der Software über den Drucker bis hin zur Finanzabrechnung für Teile, wird über ein spezielles industrielles Internet-of-Things-Gateway (IoT) abgewickelt, das von Schubert System Elektronik und der genua GmbH, der deutschen IT-Sicherheitstochter der Bundesdruckerei in Deutschland, entwickelt wurde. Dieser Walled-Garden-Ansatz eliminiert die Möglichkeit, einen potenziell infizierten USB-Stick zum Übertragen von Dateien an den Drucker zu verwenden, und eliminiert das Cyberrisiko, das durch die Öffnung von Fabriknetzwerken für das Internet entsteht.

Schubert hat sich mit Ultimaker zusammengetan, um seine firmeneigenen Maschinen für den Druck von Metall- und Kunststoffteilen im Wert von einer Million Dollar bzw. über Euro zu produzieren. Für die Partbox wird ein verkleinerter Drucker verwendet, um Standardteile von Zahnrädern bis hin zu EoATs mit optimalem Preis-Leistungs-Verhältnis zu drucken.

Die Originalteile von Schubert nutzen Druckverfahren wie das selektive Lasersintern (SLS), bei dem Polymerpulver mit einer Auflösung verschmolzen werden, die dem Spritzguss entspricht. Die Partbox-Drucker verwenden Fused Deposition Modeling (FDM), bei dem thermoplastische Filamente (hauptsächlich Polymilchsäure oder PLA unter Verwendung von Polyethylenterephthalat-Gly oder PETG) geschmolzen und extrudiert werden. Das Maß an Festigkeit und Detaillierung ist optimal für Formatteile und Ähnliches, kostet aber deutlich weniger – etwa 10.000 Euro gegenüber 1 Million Euro.

Keine Maschine kann alles: Wenn ein Teil zu groß oder aus anderen Gründen nicht für die Partbox geeignet ist, greift Schubert auf andere 3D- oder traditionelle Fertigungsmethoden zurück und versendet die physischen Teile. Aber die additive Fertigung schreitet zweifellos voran und umfasst immer breitere Anwendungen. Ein typisches Beispiel: Der September-Bericht von Packaging Digest über eine neue laserbasierte Technik, mit der mehrere Materialien gleichzeitig zum Drucken eines Teils verwendet werden können.

Heute bietet Schubert allen Kunden Standardteile an, während neue, kundenspezifische Teile hinzugefügt werden können, um den Plänen der Benutzer für neue Produkte und Formate gerecht zu werden. Laut Schindler kann die Zykluszeit für ein Teil, die mit herkömmlichen Methoden drei Wochen gedauert hätte, mit iterativen 3D-Entwürfen jetzt zwei Wochen dauern. Wenn ein Kunde ein neues Formatteil benötigt, entwirft, testet und zertifiziert Schubert das neue Teil und fügt es dann dem Partbox-Konto des Kunden hinzu.

Die Geschwindigkeit des 3D-Drucks hat sich anderswo bewährt. Beispielsweise hat Heineken, unabhängig von Schindler, aber auch unter Verwendung von Ultimaker-Druckern, herausgefunden, dass, wenn ein Teilefehler zu einem Stillstand der Abfülllinie führt, ein neues Teil in acht bis zehn Stunden – vom Entwurf bis zur Fertigstellung – statt in Tagen gedruckt werden kann (oder viel mehr, abhängig von der globalen Logistik) für einen Maschinenlieferanten, ein Teil zu versenden, das bereits auf Lager ist. Isabelle Haenen, Global Supply Chain Procurement bei Heineken, sagte letztes Jahr, dass sich das Unternehmen „noch in der Anfangsphase des 3D-Drucks befindet, aber wir haben bereits eine Kostensenkung [pro gedrucktem Teil] um 70 % bis 90 % gesehen.“ eine Verkürzung der Lieferzeit dieser Anwendungen um 70 bis 90 %.“ (Siehe Video „Heineken: Sicherstellung der Produktionskontinuität mit 3D-Druck“)

„Komplexität ist kostenlos“, sagt Schindler und verweist auf die neuen, optimierten Teiledesigns, die 3D mit sich bringt. „Das ist das Geheimnis der additiven Fertigung. Wir können bessere Teile herstellen und die Anzahl der Teile reduzieren sowie die Zeit, die Sie für den Zusammenbau der Teile benötigen. Und wir können bessere, effizientere und leichtere Teile entwerfen“, sagt Schindler.

3D-Modellierung und iteratives Design können Teilekonstruktionen vereinfachen und leichter machen, um Verschleiß, Gewicht und Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Teilen zu reduzieren.

In einem Fall habe ein neues Werkzeugdesign dazu beigetragen, eine Maschine mit zwei Robotern, einem zum Aufrichten von Kartons und einem zum Befüllen von Flaschen, in einen Ein-Roboter-Prozess umzuwandeln, sagt Schindler. Andernorts beschleunigen neue Werkzeugdesigns, die verschiebbar und einrastbar sind, den Wechsel an Kosmetik-Kompaktverpackungslinien und Flaschenfüllern – ein einzelnes Teil kann in Sekundenschnelle ausgetauscht werden, was die Komplexität reduziert und Formatwechsel beschleunigt. Dies und die Hinzufügung farbcodierter Werkzeuge erleichtern den Wechsel zwischen Schokoladenhasen und Schokoladen-Weihnachtsmännern.

Um von Schokohasen zu Schoko-Weihnachtsmännern zu wechseln, muss der Bediener lediglich neue farblich gekennzeichnete Teile einschieben.

Bei einem weiteren Anwendungserfolg bot ein neues 3D-Design für ein Roboterwerkzeug überraschende Vorteile gegenüber einer komplizierten EoAT-Baugruppe an einer Kaffeeweißer-Tassen-Linie. Vor der 3D-Konstruktion bestand das Werkzeug aus 192 kleineren, CNC-gefrästen Teilen mit 1.000 Schrauben und die Montage und Montage am Roboterarm dauerte einen ganzen Tag. Das neue 3D-Design verwendet nur drei Teile und nur acht Schrauben.

Das 3D-Design reduzierte die Komplexität der Roboterwerkzeuge an einer Kaffeeweißerlinie. Für das Originalwerkzeug (oben) waren 192 CNC-Frästeile und 1.000 Schrauben erforderlich. Das neue 3D-Design (Mitte und unten) verwendet nur drei Teile und acht Schrauben.

„Additive Fertigung reduziert die Prozesskosten enorm, den vollen Kosteneinsparungseffekt sehen die meisten Unternehmen jedoch erst, wenn sie die vollständigen Prozesskosten kalkulieren“, sagt Schindler. Dazu gehören Lagerung, Produktionsverfügbarkeit, Linien-/Arbeitsproduktivität und andere Faktoren. Im Bereich Transport reduziert die 3D-Lösung laut Schindler den CO2-Fußabdruck pro gedrucktem Teil um 40 bis 89 %, da keine Teile versendet werden müssen. Die Einsparungen wurden im Rahmen der Masterarbeit eines Mitarbeiters berechnet, in der Berührungspunkte von Rohstoffen zu versendeten Teilen im Vergleich zu gedruckten Teilen untersucht wurden.

Schindler sagt, er befinde sich derzeit in Gesprächen mit „sehr großen Unternehmen“ und Kunden in den USA hätten großes Interesse gezeigt und seien „weitaus aufgeschlossener“ gegenüber der Technologie als europäische Kunden. Er fügt hinzu, dass eine nicht ungewöhnliche Reaktion von Verpackungsprofis, die die Lösung in Aktion sehen, etwa so lautet: „Whoa! Das ist cool."

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