Wie Polyurethanmaterialien die kundenindividuelle Massenproduktion möglich machen

Bisher waren personalisierte Güter für den typischen Verbraucher entweder überhaupt nicht erschwinglich oder auf individuell bestickte Textilien wie Kleider, Bettwäsche oder Schuhe beschränkt. Die Personalisierung von anderen Gebrauchsgütern, zum Beispiel Hardware, robuster Ausrüstung und sonstigen widerstandsfähigen Produkten, war stets zu schwierig und zu kostspielig, um sie in die traditionellen Verfahren zur Fertigung dieser Güter zu integrieren. 

Mit der stetigen Etablierung des 3D-Drucks in der breiten Masse durch die Einführung neuer Materialien und unkomplizierterer Arbeitsabläufe wird die kundenindividuelle Massenproduktion (Mass Customization) für eine große Bandbreite von Gütern mit unterschiedlichsten mechanischen Anforderungen zur bezahlbaren Option. 

Der 3D-Druck robuster, widerstandsfähiger Teile für die Endverwendung ist nicht nur möglich, sondern liefert auch Ergebnisse, die kaum noch von Bauteilen aus Massenproduktionsverfahren zu unterscheiden sind. Mit Desktop-3D-Druckern wie dem Form 3+ kombiniert mit PU Rigid 1000 Resin und PU Rigid 650 Resin fertigen Formlabs-Kunden maßgefertigte Endverbrauchsteile, die Stößen, Witterungsbedingungen und dauerhafter Belastung standhalten.

Über ein Jahrzehnt lang stützen sich Entwicklungsteams und Hersteller bereits auf Formlabs-SLA-Drucker, um Teile mit erstklassiger Oberflächenqualität, höchster Präzision und einer Vielzahl an Materialeigenschaften zu produzieren, die spritzgegossenen Kunststoffe simulieren können. Der Einsatz in der Endverwendung beschränkte sich bisher allerdings größtenteils auf kleine Auflagen von Produktionswerkzeug oder Fertigungshilfsmittel. 

Um diese Lücke zu schließen, arbeitete Formlabs jahrelang an der Entwicklung einer völlig neuen Materialchemie, die auf einer präzisen Kombination von Acrylat und Urethan basiert – ein Material, das sich für anspruchsvolle, intensive Anwendungen eignet, aber einen unkomplizierten, erschwinglichen Arbeitsprozess nutzt. Genau diese empfindliche Balance erreichen PU Rigid 650 Resin und PU Rigid 1000 Resin, sodass die Zugänglichkeit, Erschwinglichkeit, Kompaktheit und Benutzerfreundlichkeit, die Formlabs schon den Bereichen Prototyping, Modellierung und Werkzeugbau eröffnet hat, jetzt auch für individualisierbare Endverbraucherprodukte nutzbar sind.

In der Welt der Sportgüter sind Prototypen nicht nur zum Anschauen da – sie müssen auch Leistung erbringen. Produktentwicklungsteams konnten den 3D-Druck bisher zur Ermittlung einer grundlegenden Form oder zur ästhetischen Freigabe durch bestimmte Teams oder Spieler nutzen, mussten dann jedoch individuelle Spritzgussformen bestellen, um funktionsfähige Prototypen für die Testphase zu fertigen. 

Mit PU Rigid 650 Resin und PU Rigid 1000 Resin lassen sich funktionale Prototypen nun 3D-drucken, selbst für Produkte wie diesen Lacrosse-Head, der in typischen Testszenarien hoher Schlagbelastung, Spannung, Feuchtigkeit und rauen Wetterbedingungen ausgesetzt wird.

Hochwertige Prototypen, die auch für Funktionstests eingesetzt werden können, verschaffen der Produktentwicklung einen Vorteil in hochgradig kompetitiven Branchen, indem sie Iterationszyklen verkürzen und die Feedbackschleife optimieren. Entwicklungsteams können ihre Individualisierungsoptionen für verschiedene Spieler oder Teams durch unterschiedliche Stilen erweitern, ohne immense Kosten anzuhäufen, wie sie bei mehrfachen Iterationen verschiedener Spritzgussformen anfallen würden. 

Auf dem Formlabs User Summit 2022 demonstrierte Formlabs' Chief Product Officer Dávid Lákatos die Schlagfestigkeit und Leistungsfähigkeit von PU Rigid 650 Resin, indem er das Design des Lacrosse-Heads testete. Die vollständigen Funktionstests sind in seinem Leitvortrag zu sehen.

Die PU-Rigid-Kunstharze von Formlabs ergeben robuste, zähe und langlebige Teile, die sich ideal für Anwendungen eignen, in denen langzeitiger Verschleiß, Belastung und direkter Witterungseinfluss zu erwarten sind.

Handgriffe für Motorräder, Mopeds, Roller und Fahrräder haben ganz spezifische Anforderungen an die Materialeigenschaften. Sie müssen ergonomisch und angenehm für den Handkontakt sein, eine ausreichende Haftung bieten und haltbar genug sein, um Einflüssen wie Regen, Schnee, Wind und wiederholtem Druck standzuhalten. Handgriffe werden konventionellerweise mittels Techniken wie Gummi- oder Silikonumformung oder Spritzguss hergestellt.

Diese traditionellen Verfahren erfordern Urformen, deren Fertigung teuer sein kann und die nur eingeschränkte Geometrien oder Muster zulassen. Es ist eine inhärente Eigenschaft der Massenproduktion, dass sie keine Rücksicht auf unterschiedliche Handformen und -größen nehmen kann – es wäre schlicht zu kostspielig, Ausführungen in geringen Stückzahlen zu fertigen, mit denen sich alle möglichen physischen Unterschiede abbilden ließen. 

3D-gedrucktes Werkzeug und 3D-gedruckte Formen können die Kosten der Fertigung kleiner Stückzahlen senken, aber wahre Einzelstücke waren bisher dennoch nahezu unbezahlbar. Dank der verbesserten Genauigkeit und materialwissenschaftlicher Fortschritte ist der direkte 3D-Druck von einzelnen individuellen Handgriffen für die Endverwendung mit diesen Materialien nun möglich. PU Rigid 650 Resin und PU Rigid 1000 Resin von Formlabs haben eine erstklassige Oberflächenbeschaffenheit und halten extremen Umgebungen im Freien auch über längere Zeiträume stand.

Individualisierte Handgriffe wie dieser verbessern das Fahrerlebnis nicht nur hinsichtlich des Komforts, sondern können die Steuerung des Rads auch sicherer und effizienter machen. Die Witterungsbeständigkeit und Haltbarkeit von PU Rigid 650 Resin verlängern die Lebensdauer des Griffs, sorgen für Polsterung, verringern Vibrationen und unterstützen die Stoßfestigkeit.

Für personalisierte Optionen zahlen Kund*innen gern mehr und Hersteller können bei minimalen zusätzlichen Arbeitskosten ihre Bilanz verbessern. Sobald Systeme zum Scannen und Erstellen eines digitalen Modells anhand des physischen Modells von Kunden vorhanden sind, lassen sich erschwingliche und skalierbare Optionen wie die SLA-Drucker des Typs Form 3+ leicht implementieren. 

Dieser Arbeitsprozess kann auch von kleinen Unternehmen im Bereich der Aftermarket-Fertigung eingesetzt werden. Die Anschaffung eines Form 3+, einer Feuchtigkeitskammer und des erforderlichen PU Rigid 650 Resin ist erschwinglich und kann kleinen Motorradhändlern, die ihre Kundschaft nach dem Motorradkauf binden wollen, zu zusätzlichen Umsatzströmen verhelfen.

Konventionell gefertigte Bauteile zu ersetzen, ob es um Ersatzteile, Individualisierung, Leichtbau oder Leistungssteigerung geht, war im Automobilbereich aufgrund der Materialqualität bisher nicht möglich. Vor allem Automobilteile für die Endverwendung müssen haltbar und temperaturbeständig sein und über eine glatte, professionelle Oberfläche verfügen. 

Die Nachfrage nach Austauschteilen wächst, und in der Automobilindustrie ist dies ein möglicher Anwendungsbereich für die Implementierung 3D-gedruckter Ersatzteile:

• Leichte Austauschteile zur Verbesserung von Geschwindigkeit oder Leistung 

• Ersatzteile für defekte Komponenten 

• Individualisierung anhand von Körperscans für mehr Komfort und Kontrolle

• Personalisierung nach ästhetischen Präferenzen

Durch die Verbreitung von Elektrofahrzeugen spielt der Leichtbau in der Automobilbranche heute eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und dem Design neuer Modell, doch mittels 3D-Druck können auch Komponenten von älteren Fahrzeugen leichter gemacht werden, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern. 

Ebenso machen 3D-gedruckte Ersatzteile es möglich, mehr Kontrolle über die Lebensdauer eines Fahrzeugs zu behalten, statt sich lediglich darauf zu verlassen, dass Erstausstatter die Anzahl der benötigten Ersatzteile Jahre im Voraus richtig prognostizieren. Die PU-Rigid-Kunstharze von Formlabs eignen sich ideal für die Reparatur von Komponenten am Armaturenbrett wie Knöpfe oder Anzeigen und Komponenten des Sicherheitsgurtes, da sie eine glatte Oberflächenqualität und hohe Schlagfestigkeit aufweisen. 

Konventionellerweise war die Individualisierung von Fahrzeugen auf die Farbe und ästhetische Veredelungen von Innenkomponenten beschränkt. Mit 3D-Druck ist eine ästhetische Individualisierung ebenfalls möglich, über Personalisierungen wie Ornamente oder Embleme auf der Motorhaube, doch für eine tatsächliche Individualisierung anhand des Körperbaus des Fahrers sind hochgradig präziser 3D-Druck und ein Material mit der richtigen Haptik und Belastbarkeit die Voraussetzung. 

PU Rigid 650 Resin eignet sich ideal für individualisierte Komponenten wie diesen Schaltknauf, der anhand eines 3D-Scans der Hand modelliert wurde. Bei Autos mit manueller Schaltung ist Kontrolle unabdinglich, weshalb der Schaltknauf gut greifbar und komfortabel sein muss und eine hervorragende Haftung erfordert.

Durch Fortschritte in jedem einzelnen Schritt des Arbeitsprozesses ist der Anwendungsbereich 3D-gedruckter Ersatzteile zu einer Einnahmequelle für zahlreiche unabhängige Anbieter von Aftermarket-Teilen geworden und birgt auch für lizenzierte Automobilhersteller, -händler und Tochtergesellschaften ein enormes Potenzial, die zusätzliche Dienstleistungen anbieten möchten.

Die kundenindividuelle Fertigung ist nicht mehr nur dem obersten einen Prozent einer Branche vorbehalten. In der Sportbranche standen Hochleistungssportler*innen beispielsweise immer individualisierte Produkte zur Verfügung, häufig als Teil von Markenkampagnen oder als Gegenleistung für die Bewerbung des Produktes. Diese Optionen zur Individualisierung gehen oft auch mit einer tatsächlichen Leistungssteigerung einher, aus der sich Lektion ableiten und auf typische Verbraucher übertragen lassen. 

Individualisierung wurde im Bereich der Sportausrüstung bereits fast im gesamten vergangenen Jahrhundert genutzt, um die Leistung olympischer und professioneller Sportler*innen zu fördern. Durch erschwinglichen 3D-Druck und Arbeitsabläufe, die auch ohne umfassende Erfahrung im 3D-Druck implementiert werden können, ist eine solche leistungssteigernde Individualisierung nun auch für Hobbysportler*innen und gewöhnliche Verbraucher verfügbar. 

Bei Skistöcken sorgen 3D-gedruckte Polyurethan-Handgriffe für mehr Komfort und ermöglichen längere Fahrten mit einem verringerten Risiko, dass die Stöcke verloren werden. Die Vorteile für die Skifahrt sind offensichtlich, und die Bereitstellung eines solchen Service steigert die Nachfrage jedes Herstellers oder Kleinunternehmens sofort. 

Jeden Tag eröffnen sich neue Anwendungsbereiche. Was produzieren Sie, dessen Individualisierung das Produktportfolio Ihres Unternehmens modernisieren, diversifizieren oder erweitern kann? 

Wenden Sie sich an unser Business Development Applications Team für eine Beratung und entdecken Sie die PU-Kunstharze als ideale Lösung für die Individualisierung von Endverbrauchsteilen, oder bestellen Sie PU Rigid 650 Resin oder PU Rigid 1000 Resin sofort.