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Industrie: Anubis - Schnelle Produktion von hochwertigen Durchflussmessgeräten zu geringen Kosten mit Additiver Fertigung

Anubis optimiert Durchflussmessung mit dem Kunststoff-Laser-Sinter-Verfahren

Der auf einem Vibrationstrog montierte ARBOmeter wurde von Anubis Manufacturing Consulting Corporation entwickelt und gebaut. Er dient dazu, Partikelströme zu messen (Quelle: Anubis).
Der auf einem Vibrationstrog montierte ARBOmeter wurde von Anubis Manufacturing Consulting Corporation entwickelt und gebaut. Er dient dazu, Partikelströme zu messen (Quelle: Anubis).
Ein Industrieprodukt auf den Markt zu bringen, was noch dazu auf die effizienteste und kosten­günstigste Art hergestellt werden soll, erfordert viel Erfahrung und bedarf umfassender Fachkennt­nis. Über diese Kompetenz verfügt der Ingenieursdienstleister Anubis Manufacturing Consultants Corporation mit Sitz in Mississauga, Ontario/Kanada. Erst kürzlich hat Anubis ein Massendurchfluss­messgerät für Partikel entwickelt, patentieren lassen und auf den Markt gebracht. Das ARBOmeter eignet sich für das reine volumetrische Dosieren, kann jedoch nach Hinzufügen von Trichter und Trog auch als Messgerät zur Bestimmung der variablen Schüttdichte von Materialien eingesetzt werden. Bestehende Fertigungsstraßen lassen sich leicht und günstig mit dem Gerät nachrüsten. Einsatz­gebiete sind hauptsächlich der Bergbau, die Kunststoffbranche, die Recycling-­ sowie die lebensmit­telverarbeitende Industrie. Das ARBOmeter misst Ströme verschiedenster Materialien, von Pellets über Pulver bis hin zu Kartoffelchips.

Herausforderung 

Im Edelstahlgehäuse des Messgeräts befinden sich verschiedene empfindliche elektronische Bauteile. Die benötigen einen Rahmen, um Schwingungen zu verringern und einen sicheren Halt zu gewährleisten. Dabei müssen die Teile sicher und in einem definierten Winkel gehalten werden und die einfache und werkzeugfreie Montage und Demontage der Bauteile ermöglichen. Zu den Bauteilen, die abgestützt werden müssen, zählen zwei Kameras und eine LED-Leuchte. Diese haben verschiedene Formen und benötigen maßgeschneiderte Rahmen. „Die Additive Fertigung erschien uns als ideales Verfahren, um die Herausforderungen bei der Herstellung der Rahmen bewältigen zu können“, erklärt Firmeninhaber Tharwat Fouad. Da Anubis bereits Erfahrung mit der Technologie und den Materialien von EOS hatte, wählte das Unternehmen zur Fertigung von sieben Rahmen das Laser-Sinter-Verfahren. Dazu gehörten auch die Rahmen für die Kameras und die LED- Leuchte. Für diese Entscheidung spielte die Komplexität des Rahmens mit Designelementen wie Einbauscharnieren und  Schnellschnappverschlüssen eine Rolle. Ein weiterer Grund war die kleine Seriengröße. Der Hauptvorteil aber lag darin, dass die Fertigungstechnologie die kontinuierliche Entwicklung des Rahmendesigns ermöglichte.

Der ARBOmeter besitzt eine interne CPU, die gekühlt werden muss, damit die elektronischen Bauteile keinen Schaden nehmen.  Belüftungslöcher waren ausgeschlossen, weil das Gerät eine Schutzart von IP 65 hat und weder Staub noch Wasser in sein Gehäuse eindringen dürfen. Das Innovationspotenzial und die gestalterische Freiheit des Laser-Sinter-Verfahrens sollten auch hierfür eine Lösung bereithalten.

Lösung 

Einige der Kunststoffteile wurden einer umfassenden Neugestaltung unterzogen. Das Design des Durchflussmessers wurde mindestens 15 Mal verändert. Traditionelle Kunststoffverarbeitungsprozesse, wie das Gießen, wären hier zu teuer und zeitraubend gewesen. Dank des Laser-Sinterns war es möglich, die Rahmen zu niedrigen Kosten zu fertigen und über Nacht neue Versionen zu entwickeln. Aufgrund der schnellen Fertigung konnten mehrere Modelle geprüft und kontinuierlich verbessert werden. Anubis war in der Lage, für jedes Bauteil den optimalen Rahmen zu fertigen.

Ein weiterer Pluspunkt: Mit Additiver Fertigung lassen sich sehr komplexe Geometrien umsetzen. Es war möglich, Kanäle in die Nylonrahmen einzuarbeiten, um die elektrischen Bauteile durch die durchströmende Luft zu kühlen und dabei den Schutzgrad des Messgeräts einzuhalten. Die Ingenieure berechneten den zur Ableitung der Wärme benötigten Luftvolumenstrom sowie die Größe und Auslegung der Lüftungsleitungen. Ein Laufrad, Kühlrippen und Bleche maximieren die Wärmeableitung. Obwohl Anubis aufgrund zeitlicher Vorgaben nicht in der Lage war, das Design der Kühlkanäle für den ARBOmeter fertigzustellen, wird derzeit untersucht, wie sich eine solche Funktion für andere Anwendungen nutzen lässt.

Ergebnisse

Die Produktion des ARBOmeters wurde mittlerweile aufgenommen. Die lasergesinterten Rahmen des Messgeräts werden in Losen von vier verschachtelten Bausätzen mit je sieben Teilen in etwas mehr als 20 Std. gebaut. Dazu werden die dreidimensionalen Daten des Bauteils zuvor virtuell in Schichten zerlegt.
Das Laser-Sinter-System, in dem sich ein Bett aus Kunststoffpulver befindet, erzeugt dann Schicht für Schicht den Rahmen. Ein fokussierter Laserstrahl verfestigt dazu den pulverförmigen Werkstoff auf Grundlage der bereitgestellten digitalen Daten. Nachdem eine Schicht  fertiggestellt wurde, senkt sich das Pulverbett um wenige Mikrometer ab und der Prozess beginnt erneut. „Die Qualität, Reproduzierbarkeit und Haltbarkeit der Teile ist sehr zufriedenstellend. Die EOS-Technologie ist für die Bedürfnisse dieses Projekts wie geschaffen“, freut sich Fouad. Anubis hat die Rahmen minimiert, um die Bausatzgröße zu optimieren. So können fünf Sätze auf einmal in der FORMIGA P 110 gefertigt werden. Für 2013 rechnet das Unternehmen mit einer Stückzahl von 100 bis 200 gefertigten ARBOmetern.

Durch die Erfahrung mit dem Kunststoff-Laser-Sintern und anderen Additiven Fertigungsverfahren konnte Anubis ein besseres Verständnis für die zukünftige Bedeutung der Technologie entwickeln. „Ich bin der Ansicht, dass dieses Herstellungsverfahren die Wettbewerbslücke zwischen größeren Unternehmen und Kleinbetrieben oder gar einzelnen Erfindern schließen kann, so dass neue Produkte auf den Markt gebracht werden können“, prognostiziert der Firmeninhaber.
Laut Fouad wird das große Auswirkungen auf die Produkteinführungszeit haben und den Endverbrauchern eine größere Auswahl an  Fertigungslösungen bieten. „Ich glaube nicht, dass traditionelle Verfahren – zumindest in naher Zukunft – vom Markt verschwinden werden. Doch für die Herstellung kleiner Serien füllt die EOS-Technologie eine wertvolle Nische, da sie kostengünstiger ist und im Vergleich zu traditionellen Verfahren eine hohe gestalterische Freiheit bietet.“

Die weißen Nylonrahmen werden für die einzelnen Bauteile im Inneren des Anubis-ARBOmeters maßgeschneidert und in einer Kunststoff-Laser-Sinter-Anlage des Typs FORMIGA P 100 von EOS gefertigt (Quelle: Anubis).
Die weißen Nylonrahmen werden für die einzelnen Bauteile im Inneren des Anubis-ARBOmeters maßgeschneidert und in einer Kunststoff-Laser-Sinter-Anlage des Typs FORMIGA P 100 von EOS gefertigt (Quelle: Anubis).

„Die Qualität, Reproduzierbarkeit und Haltbarkeit der additiv gefertigten Teile ist sehr zufriedenstellend. Die EOS-Technologie ist für die Bedürfnisse dieses Projekts wie geschaffen.“

„Dank des Laser-Sinterns waren wir in der Lage, zahlreiche Versionen der Bauteile auf günstige Art herzustellen, zu untersuchen und weiterzuentwickeln. Traditionelle Kunststoffverarbeitungsprozesse wären in diesem Fall viel zu teuer gewesen und die Produktentwicklung hätte zu lange gedauert.“
Tharwat Fouad, Inhaber der Anubis Manufacturing Consultants Corporation

Kurzprofil 

Anubis erbringt professionelle Ingenieursdienstleistungen für Unternehmen, die in der industriellen Fertigung tätig sind. Mit Niederlassungen in Kanada und Ägypten bietet das Unternehmen Dienstleistungen in ganz Nordamerika, Europa, dem Nahen Osten und Afrika an und erfüllt dadurch die globalen Bedürfnisse seiner Kunden.

Anschrift

Anubis Manufacturing Consultants Corporation
4100A Sladeview Crescent
Unit 3&4
Mississauga, Ontario L5L 5Z3 (Kanada)
www.anubiscorp.com

Kontakt 

Wiebke Jensen
EOS GmbH
Electro Optical Systems
Wiebke Jensen
Robert-Stirling-Ring 1
D-82152 München
Tel: +49 89 893 36 2485
wiebke.jensen@eos.info

Downloads und weiterführende Links

FORMIGA P 110

Kompaktes System das einen kostengünstigen und leistungsfähigen Einstieg in die Welt der Additiven Fertigung ermöglicht.

Additive Fertigung für die Industrie

Die Additive Fertigung von EOS vereinfacht termintreue Produktion und Lieferung von Kleinserien und Sonderbauteilen.