So senkt Cool Machines mit Tough 1000 Resin Kosten und schirmt Lieferketten ab
„Die Endprodukte, die wir anbieten, müssen unseren Belastungstests bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt standhalten können. Diese Teile müssen einiges aushalten, und Tough 1000 Resin schlägt sich ausgezeichnet.“
Adam Warren, Technischer Zeichner und Konstrukteur, Cool Machines
Cool Machines in Ohio, USA, ist ein Hersteller von Isoliermaschinen und -technik. Für Andy Schulte, COO, sind widerstandsfähige Lieferketten und Kosteneinsparungen das A und O. Mit dem Form 4 und Tough 1000 Resin entwickelt und fertigt Cool Machines Teile für die Endverwendung, die Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, Stößen und einem Druck von bis zu 41 bar standhalten können.
Teile für Dämmstoffsauger und Einblasmaschinen haben komplexe innere Strukturen und die Produktserien sind klein, im Allgemeinen 10–100 Teile. Daher rentiert sich der Spritzguss nicht, während die Beschaffung zerspanter Aluminiumteile via Outsourcing bis zu zwei Monate dauern kann.
Technischer Zeichner und Konstrukteur Adam Warren erzählt, dass das Unternehmen zunächst mit Harzdruckern von Elegoo startete und während der Covid-19-Pandemie drei Drucker anschaffte, um seine Lieferkette robuster zu machen. Es gab jedoch ständig Probleme mit den Druckern, und der technische Support war nicht zu erreichen. Warren berichtet: „An dem Punkt suchte ich explizit nach 3D-Druckern mit technischem Support, auf den ich mich wirklich verlassen kann, und ich wollte Kundenservice in den USA.“
„Es gibt nicht viele Resin-3D-Drucker aus den USA, die auch Kundenservice in den USA bieten – das war eine meiner Bedingungen. Wir haben nichts bereut: Der technische Support von Formlabs ist fantastisch.“
Adam Warren, Technischer Zeichner und Konstrukteur, Cool Machines
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In-House-Fertigung für robuste Lieferketten
Kleine Teile wie etwa Drehknöpfe können vier Dollar pro Teil kosten und sind von Zulieferern nur schwer zu beschaffen. Der Druck von 15 Teilen im eigenen Haus kostet hingegen weniger als einen Dollar pro Teil und ist mit dem Form 4 und Black Resin in 90 Minuten erledigt. Nachdem Cool Machines den Anwendungsfall gleich mit den ersten paar Teilen begründen konnte, sucht das Unternehmen nun stets nach Teilen, die es betriebsintern 3D-drucken kann, um seine Lieferkette besser abzuschirmen, Kosten zu senken und Produktionszeiten zu straffen.
15 Drehknöpfe können auf dem Form 4 in 90 Minuten gedruckt werden, und zwar zu einem Viertel der Kosten, die bei ausgelagerter Fertigung anfallen würden.
Zusätzlich zu diesen Einsparungen erlaubt der 3D-Druck ein flexibles Design mit komplexen Geometrien und Hinterschneidungen, die mit Zerspanung oder Spritzguss nicht umsetzbar sind. Das eröffnet Cool Machines die Herstellung völlig neuer Arten von Bauteilen.
Belastbare Teile mit Tough 1000 Resin
Fortschritte in der Materialwissenschaft haben die Grenzen des 3D-Drucks weiter ausgedehnt. Schulte berichtet: „Ich bin wirklich beeindruckt von Formlabs' Innovationen bei neuen Harzen und ihren Produktverbesserungen.“ Wenn es um mehr als Drehknöpfe und kleine Bauteile geht, müssen die von Cool Machines hergestellten Endprodukte auch Belastungstests bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt standhalten, sowie der Stoßbelastung auf der Baustelle, wo grob an ihnen gezogen und gezerrt wird. Daher suchte Warren gezielt nach einem Delrin-ähnlichen Material, das NPT-Gewinde (13,7 mm Durchmesser) drucken kann. Da trat Tough 1000 Resin auf den Plan.
Tough 1000 Resin ist ein duktiles, schlagfestes Material mit einer Zähigkeit, die der von HDPE in nichts nachsteht. Die Druckteile haben eine dunkle, tiefgraue Farbe und matte Oberflächenbeschaffenheit. Wie Warren berichtet, kann er Teile in Formlabs' Druckvorbereitungssoftware PreForm mit einem Klick einrichten. Nach dem Druck und der Nachbearbeitung reißt er die Stützstrukturen einfach ab, und das war's – kein Schleifen oder Fertigstellen erforderlich.
| Maximale Zugfestigkeit | Zugmodul | Bruchdehnung | Gardner-Schlagzähigkeit bei 0,8 mm | Brucharbeit | Wärmeformbeständigkeitstemperatur bei 0,45 MPa | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tough 1000 Resin | 26,3 MPa | 932 MPa | 180 % | 13,1 J | 3200 J/m2 | 55,3 ºC |
Die mechanischen Eigenschaften von Tough 1000 Resin haben die betriebsinterne Fertigung von zwei Teilen möglich gemacht: einem internen Befeuchtungssystem (IWS) und einer Wand-Sprühdüse. Beide müssen der Krafteinwirkung, den niedrigen Temperaturen und den Stößen standhalten, die auf einer Baustelle auftreten.
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Internes Befeuchtungssystem
Das interne Befeuchtungssystem ist ein Endprodukt, das mit Tough 1000 Resin auf dem Form 4 gedruckt wird.
Das interne Befeuchtungssystem (Internal Wetting System, IWS) spritzt einen feinen Wasserstrahl in den Faserstrom und hilft so, Staub zu mindern. Nachdem dieses System zuvor aus Aluminium gefertigt wurde, stellt Schulte nun fest: „Die Isolierung blieb am Aluminium oft haften, was bei Kunststoff nicht der Fall ist, sodass Kunststoff für diese Anwendung ein viel besseres Material ist. Das Teil hält sehr gut, obwohl die Kunden oft kräftig an den Schläuchen zerren.“
Auf Baustellen wird oft an Schläuchen gezogen, um Geräte zu bewegen. Deshalb muss das interne Befeuchtungssystem grober Krafteinwirkung und Stößen bei Temperaturen um den Gefrierpunkt standhalten können. Die Schlagzähigkeit von Tough 1000 Resin machte es zu einer guten Wahl für das IWS, und die 3D-Druckteile haben sich sowohl in Belastungstests als auch beim Einsatz auf der Baustelle bewährt.
„Das Teil hat die Fallprüfung aus drei Metern Höhe auf Beton bei Gefriertemperaturen bestanden, wir haben es gekickt, zertrampelt und sind darauf herumgesprungen... Ich würde sagen, das Teil hat sich ziemlich gut gehalten.“
Adam Warren, Technischer Zeichner und Konstrukteur, Cool Machines
Wand-Sprühdüse
Die Wand-Sprühdüse, hier als Prototyp, dient dazu, Dämmstoff in Hohlräume von Wänden zu sprühen, bevor eine Trockenbauwand hochgezogen wird.
Bauteile der Wand-Sprühdüse, 3D-gedruckt mit Tough 1000 Resin.
Die Wand-Sprühdüse ist das Ergebnis von fünf Monaten Entwicklungsarbeit und wäre ohne 3D-Druck aufgrund der inneren Geometrien nicht möglich. Bei der Prototypenentwicklung stützte sich Warren auf die Schnelligkeit des Form 4: „Wenn es nicht funktioniert, kann ich die nächste Version schon am nächsten Tag zum Testen aus dem Drucker haben.“
Eine wichtige Anforderung an die Wand-Sprühdüse war, dass sie dem Wasserdruck standhalten muss. Schulte führte interne Tests durch und erzielte NPT-Gewinde (13,7 mm), die einem Druck von 62 bar standhalten. Er führte auch Fallprüfungen und Schlagprüfungen bei Gefriertemperatur durch. Der nächste Schritt sind die Praxistests. Wenn die Düse diese übersteht, wird Cool Machines sich für die Produktion auf dieselbe Methode stützen wie für das Prototyping: 3D-Druck auf dem Form 4 mit Tough 1000 Resin.
Belastbare Teile betriebsintern herstellen
Durch die Anschaffung des Form 4 konnte Cool Machines seine Pro-Teil-Kosten senken und seine Lieferkette robuster machen. Doch die materialwissenschaftlichen Fortschritte haben die Produktion hochleistungsfähiger Teile für die Endverwendung erst möglich gemacht.
Robuste technische Materialien auf dem Niveau gängiger Thermoplaste können jetzt 3D-gedruckt werden, um neuartige Geometrien zu eröffnen und Durchlaufzeiten zu verkürzen. Um Tough 1000 Resin selbst zu testen, fordern Sie einen kostenlosen Probedruck an. Um mit dem Drucken loszulegen, bestellen Sie Tough 1000 Resin oder kontaktieren Sie unser Vertriebsteam.
