Mehr als 2000 Teile pro Woche: So ebnet der Form Auto den Weg zur Massenproduktion

In schnelllebigen und umkämpften Branchen wie dem 3D-Druck muss man manche Dinge mit eigenen Augen sehen, um sie zu glauben. Um handfeste Beweise zu liefern, hat das Formlabs Manufacturing and Services Bureau (MSB) Hunderttausende von Probedrucken und sogar Komponenten für die Endverwendung in unseren 3D-Druckern produziert. Mit einem derart hoher Druckbetrieb liefern wir einen Beleg für die Produktionskapazität unseres Ecosystems. Jetzt gehen wir noch einen Schritt weiter und setzen mit Formlabs' neuem automatisierten Ecosystem neue Maßstäbe in Sachen Durchsatz. 

Das Formlabs MSB hat bewiesen, dass Massenproduktion mit 3D-Druck nicht nur möglich ist, sondern mit dem automatisierten Ecosystem auch effizient und kostengünstig umgesetzt wird. Die Hardware-Erweiterung Form Auto, die Software-Funktionen von Fleet Control und das High Volume Resin System greifen perfekt ineinander und skalieren die Produktion, ohne dass der Arbeits- oder Platzbedarf sich vervielfacht. „Für die Massenproduktion von Teilen im Formlabs MSB ist das die beste Lösung, und wir hoffen, dass auch andere Hersteller unsere Geräte auf diese Weise einsetzen“, sagt Chris Pauwels, Manager des Formlabs MSB in Ohio.

Das Formlabs MSB ist eine Fertigungseinrichtung in Toledo, Ohio, die 140 SLA-Drucker (Stereolithografie) der Serie Form 3 und über 30 SLS-Drucker (selektives Lasersintern) der Fuse-Serie beherbergt. „Wir drucken Probeteile, die von Kunden zur Abwägung eines neuen Druckerkaufs angefordert werden, aber auch Teile, die in die Produktion von Formlabs-Geräten wie dem Form Wash L, Form Cure L, Form 3L und der Fuse-Serie einfließen“, erzählt Pauwels. 

Die Ingenieurteams von Formlabs greifen sowohl bei der Prototypenfertigung als auch bei der Produktion der nächsten Generation von Geräten auf die firmeneigenen SLA- und SLS-Drucker zurück. Einige Teile wurden ursprünglich als Übergangslösung während der Lieferkettenstörungen in der Pandemie 3D-gedruckt, andere aus dem Grund, dass 3D-Druck in einigen Fällen eine kostengünstigere Alternative zum Spritzguss darstellt. Da Formlabs auf eine so große Flotte von SLA- und SLS-Druckern zurückgreifen kann, ist das Unternehmen in der Lage, Endverbrauchsteile in großen Mengen zu produzieren und seine Geräte schneller auf den Markt zu bringen.

Für jedes der über 40 Materialien von Formlabs gibt es ein standardmäßiges Probeteil, das alle Interessierten kostenlos anfordern können, ob sie bereits über einen Formlabs-Drucker verfügen oder nicht. Die Probedrucke sind an den Verwendungszweck des jeweiligen Materials angepasst, von medizinischen Bohrschablonen aus Surgical Guide Resin bis zu funktionierenden Zahnrädern aus Durable Resin. 

Bei 140 SLA-Druckern und über 40 SLA-Materialien erfordert das Management der Druckanlage akribische Aufsicht und ständige Kontrolle. Die Anlage folgt einem strengen Zeitplan zur Optimierung der Druck- und Nachbearbeitungsphasen, damit diese sich so gut wie möglich in die Arbeitszeiten der Mitarbeitenden fügen. Andrew Crane aus Formlabs' Operations Excellence Team hat viel an der Optimierung dieses Zeitplans und der Prozesse der Druckerfarm gearbeitet. „Wir haben vier Teams, eines mit zwei Gruppen für verschiedene Druckerwarteschlangen für Drucker des Typs Form 3+, Teams für Drucker des Typs Form 3L und Fuse 1+ 30W und außerdem ein Team zur Verfahrensprüfung. Unsere Warteschlange erreicht manchmal sogar 500 Druckaufträge auf einmal“, berichtet Crane. 

Vor dem automatisierten Ecosystem benötigten die Drucker normalerweise mehrere manuelle Eingriffe pro Tag – um den Drucker durch das Einsetzen einer Konstruktionsplattform, der richtigen Kartusche und des richtigen Harztanks vorzubereiten und um die Konstruktionsplattform zu entnehmen und in den Form Wash zu überführen, wenn der Druck abgeschlossen war. Jeder dieser Schritte dauert zwar weniger als eine Minute, doch in einer Produktionsanlage mit 140 SLA-Druckern wird ein Großteil des Tages ausschließlich für diese arbeitsintensiven, aber wenig komplexen Aufgaben aufgewendet.

Mit dem Form Auto und dem automatisierten Ecosystem lassen sich diese kurzen, wiederkehrenden Aufgaben drastisch reduzieren. Mithilfe der Schnellablösetechnologie der Build Platform 2 entnimmt der Form Auto die Druckteile, setzt die Konstruktionsplattform wieder ein und bereitet den Drucker für den nächsten Auftrag vor. So werden zwei der zuvor notwendigen Handgriffe direkt überflüssig. „Es ist, als würde ein Drucker die Arbeit von Fünfen erledigen“, so Pauwels. Der Aufwand, Teile von der Konstruktionsplattform abzuschaben und jeden Druckauftrag einzeln zu waschen, ist mit der Build Platform 2 und dem Form Auto Vergangenheit.

Die Mitarbeitenden des Formlabs MSB erhalten so mehr Freiheit, um sich komplexeren Aufgaben zu widmen, da Teileentnahme, Druckervorbereitung und Waschen bedeutend weniger Zeit in Anspruch nehmen. Werden Drucke über Nacht fertiggestellt oder zu einem Zeitpunkt, wenn kein Teammitglied verfügbar ist, startet ein neuer Druck einfach automatisch. Mit dem Form Auto im Einsatz muss der Druckbetrieb im Formlabs MSB nicht anhalten, wenn die Anlage am Abend oder übers Wochenende schließt. 

Bei Fleet Control handelt es sich um eine Reihe von Funktionen innerhalb von Dashboard, die optimieren, wie Druckaufträge in einer Produktionsumgebung mit mehreren Druckern geordnet, zugeteilt und eingeplant werden. Im Formlabs MSB sind 140 SLA-Drucker und 40 Kunstharze im Einsatz – da kommt jede Möglichkeit, den Betrieb organisierter und effizienter zu machen, gerade recht. 

„Durch Fleet Control haben sich die Eingriffe des Managements in den Druckbetrieb deutlich verringert. Wir können individuelle Druckaufträge problemlos zur Warteschlange hinzufügen und unser technisches Team muss sich nicht mehr darum kümmern, Druckaufträge dem richtigen Drucker zuzuteilen“, erzählt Crane.

Die 140 SLA-Drucker des Formlabs MSB sind je nach Materialtyp in kleinere Druckergruppen aufgeteilt. Diese Gruppen sind flexibel anpassbar, etwa wenn ein neues Material auf den Markt gebracht wird und sich durch die Produktion neuer Probedrucke die Nachfrage verschiebt. Mit Fleet Control ist es möglich, Aufträge an Druckergruppen zu senden, statt ein bestimmtes Gerät auszuwählen, sowie die Warteschlange einer Druckergruppe zu verwalten. Außerdem zeigt es einen Überblick der Funktionalität der gesamten Produktionseinheit an, sodass das technische Personal Unstimmigkeiten sofort entdecken kann, bevor sie zum Problem werden. 

„Fleet Control hat uns die Verwaltung der Produktion in unserer Druckerfarm extrem erleichtert. Indem wir es immer auf ein paar Touchscreens geöffnet haben, ist unser technisches Team in der Lage, Probleme schnell zu erkennen und zu beheben“, so Crane. 

Fleet Controls Funktionen zur Organisation und Aufsicht, gepaart mit der Produktionsleistung des Form Auto, haben die Produktivität des Formlabs MSB immens gesteigert. „Fleet Control in Kombination mit dem Form Auto hat zu einem deutlichen Anstieg unseres Durchsatzes geführt, aber vielleicht noch wichtiger ist, dass die Ertragsrate einzelner Teile mit dem Form Auto im Vergleich zu traditionellen Methoden gesteigert wurde, da weniger Handgriffe an den Teilen nötig sind“, erklärt Crane.

Mit seiner jahrelangen Erfahrung beim Druck von Probeteilen hat das Team des Formlabs MSB die Kunstharzauffüllung zur Wissenschaft erhoben – es weiß genau, wie viele Druckaufträge eines Teils sich mit einer Kartusche umsetzen lassen und wann diese ausgewechselt werden muss. Diese Wechsel gehen zwar schnell und einfach, doch genau wie bei der Teileentnahme summiert sich die Aufgabe zu einem erheblichen Zeitaufwand, wenn sie an 140 Druckern durchgeführt werden muss. „Ein wesentlicher Teil der Arbeit bei der Bedienung der Drucker ist das Auswechseln der Harzkartuschen. Beim Druck von 440 Teilen pro Tag ist das nämlich ziemlich oft vonnöten“, erläutert Pauwels. 

Zusätzlich zur Arbeitszeit häuft sich bei einem so hohen Druckvolumen auch die Zahl leerer Kartuschen an, wodurch der Lagerbedarf steigt und Entsorgungsstrategien erforderlich werden. 

Deshalb haben wir das High Volume Resin System entwickelt, das den Drucker durch ein automatisiertes Pumpsystem nahtlos mit fünf Litern Kunstharz versorgt, sodass mit dem Form Auto ausgestattete Drucker ohne jegliche manuellen Eingriffe gleich mehrere Druckaufträge abschließen können. „Da das High Volume Resin System über eine fünffache Harzkapazität verfügt, fallen für uns fünfmal weniger Handgriffe zur Kunstharzhandhabung an. Das ergibt fünfmal weniger Wechsel von Kartuschen und damit fünfmal weniger Gelegenheiten, etwas zu verschütten“, berichtet Pauwels.

Der 3D-Druck wird schon seit Jahren zur Fertigung individualisierter Produkte genutzt und findet dank der steigenden Implementierung von 3D-gedrucktem Rapid Tooling auch in Prozessen der Massenproduktion immer mehr Anwendung. Bisher gab es keine Technologie, die in der Lage war, die Individualisierbarkeit des 3D-Drucks mit dem hohen Durchsatz der Massenproduktion zu vereinen. Genau diese Kluft überbrückt das automatisierte Ecosystem von Formlabs. Es macht die Individualisierung erschwinglicher, indem es Arbeitskosten senkt, gleichzeitig aber auch die Massenproduktion effizienter, indem es mehr zeitliche Freiheit im Arbeitsalltag der Teams schafft. 

Bis dato hat das Formlabs MSB Hunderttausende von Teilen gefertigt – ein handfester Beweis für die Produktionskapazität der Druckerserie Form 3 und die Konsistenz der Formlabs-Materialien. Je mehr die Nachfrage nach 3D-Druckern und Teilen seitens der Kundschaft von Formlabs anstieg, umso mehr ist auch Formlabs' interne Nachfrage gewachsen. Das automatisierte Ecosystem liefert die Lösung für den Bedarf nach einer effizient skalierten Produktion, und um dessen Leistungsstärke zu testen, gab es keinen besseren Ort als unsere eigene Produktionsanlage. 

Die Fähigkeit, durchgehend im großen Maßstab zu drucken, macht Formlabs' Druckbetrieb und Lieferkette effizienter und erschafft zugleich eine kontinuierliche Feedback-Schleife – indem wir unsere eigenen Produkte in der Produktion einsetzen, lernen wir dazu und können sie weiterentwickeln und iterieren, was letztlich unser Geschäftsmodell und auch die zugrundeliegende Technologie optimiert.