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Lifestyle-Produkte: Marusenko - EOS-Technologie ermöglicht Rapid Prototyping für neues 3D-Puzzle

Additive Fertigung ebnet den Weg zu Funktionalität und reibungsloser Serienfertigung

Produktentwicklung: im Spritzgussverfahren hergestelltes Endprodukt des 3D-Puzzles Marusenko Sphere (rechts) sowie einige Einzelteile des Prototyps, die mit einer FORMIGA P 100 produziert wurden (Quelle: Marusenko S.L.)
Produktentwicklung: im Spritzgussverfahren hergestelltes Endprodukt des 3D-Puzzles Marusenko Sphere (rechts) sowie einige Einzelteile des Prototyps, die mit einer FORMIGA P 100 produziert wurden (Quelle: Marusenko S.L.)
Seit Mitte der 1970er Jahre hat sich der Rubikwürfel – ein mechanisches 3D-Puzzle – zu einem der beliebtesten Spielzeuge überhaupt entwickelt. Der weltweite Absatz lag bis Januar 2009 bei mehr als 350 Millionen Würfeln. Doch in einer Ära völlig neuer Möglichkeiten beim Produktdesign war die Zeit reif für einen würdigen Nachfolger. Natürlich sollte dieser noch herausfordernder zu lösen und ein Zeugnis moderner Technologie sein. Das Ergebnis ist der Marusenko Sphere Ball, gleichermaßen 3D-Logik-Puzzle und Lernspielzeug. Fünf verschiedene Schwierigkeitsstufen, die von der Konfiguration und der Farbkombination der 32 einzelnen Bauteile abhängen, warten auf geschickte Hände. Die Komponenten selbst sind als Kugel bzw. Ball angeordnet, eine Tatsache, die den Erfindern einiges an Tüftelei abverlangt hat. Rapid Prototyping mit dem EOS-System FORMIGA P100 spielte eine entscheidende Rolle dabei, das neue Spielzeug auf den Markt zu bringen.

Herausforderung 

Bei all den großartigen Fähigkeiten von 3D-basierten CAD-Programmen: Ab einem gewissen Punkt enden Design und Simulation, und das echte Leben beginnt. Diesen Punkt zu überschreiten, bedeutet meist eine sprunghafte Zunahme der Kosten, da Prototypen gebaut werden müssen – eine zeitraubende Herangehensweise mit oft nur wenig Spielraum für Feintuning.

Nachdem der Hersteller des Marusenko Sphere Balls, die aus den Unternehmen Quipplan, Hiruden und Palcan & Bin bestehende spanische Marusenko S.L., die Designphase abgeschlossen hatte, stand für das Team die Entscheidung an: klassischer Prototypenbau oder Rapid Prototyping? Schnell zeigte sich, dass die althergebrachte Methode wegen des Designs und der mechanisch komplexen Struktur zu viele Einschränkungen mit sich gebracht hätte. Damit war der Weg frei für die Additive Fertigung und das Rapid Prototyping, bei dem ein Laser Schicht für Schicht ein Pulvergranulat aushärtet und so das Werkstück aufbaut.

Ein genauerer Blick auf die Funktionsweise des neuen Spielzeugs hilft zu verstehen, warum diese Methode am besten geeignet war: Für einwandfreie Funktionalität müssen die Bauteile extrem präzise passen – damit spielen der Zusammenbau mit kleinen Kanten, die Positionierung der Oberflächenteile und die Anpassungen für die Gleitkomponenten eine entscheidende Rolle. Die Funktionalität muss sich außerdem
auch im Dauereinsatz bewähren, sowohl mechanisch als auch physisch – immerhin handelt es sich um ein Lernspielzeug, das auch durch viele Kinderhände geht. Es galt darum, im Sinne der Sicherheit kleiner Spieler und Spielerinnen, sowohl Kleber als auch Federn oder herausstehende Teile zu vermeiden.

Der Bau der Prototypen und die Testphasen im dauernden Wechsel zueinander durchzuführen, war eine der zentralen Herausforderungen des Projekts. Die teil- und schrittweise Fertigung der Bestandteile des Balls stellten den Schlüssel zur perfekten Funktionsfähigkeit dar. Diese teil- und schrittweise Fertigung sowie die Anpassungen zwischen den Evolutionsstufen der Prototypen ließen sich nur im Rapid-Prototyping-Verfahren erreichen.

Lösung 

Der Prototyp des Marusenko Sphere Balls besteht wie die spätere Serienversion aus 54 einzelnen Bauteilen. Die Anpassungsschritte bei Geometrie und Toleranzen wurden mit einer FORMIGA P 100 von EOS vorgenommen. Das System erstellt innerhalb weniger Stunden fertige Kunststoffprodukte direkt aus den CAD-Daten. Es ist ideal geeignet für die wirtschaftliche Produktion von Kleinserien und Prototypen mit komplexen geometrischen Strukturen – genau wie es bei diesem Spielzeug der Fall ist. Quipplan stellte eine solche Maschine in einer seiner Fertigungsstätten zur Verfügung, denn das Unternehmen hatte bereits gute Erfahrungen mit der Technologie gemacht. Nachdem der erste Prototyp fertiggestellt war, folgten zahlreiche Tests nach dem Prinzip Versuch und Irrtum, um die Mechanik bis zur Perfektion zu verfeinern. Die Flexibilität und Geschwindigkeit der FORMIGA P 100 erwiesen sich dabei als zentrale Merkmale, um Änderungen auf die geforderte Art und Weise umzusetzen. Letztlich führten das kontinuierliche Testen und der Bau zahlreicher, leicht unterschiedlicher Prototypen zum gewünschten Ergebnis: ein sicheres, verkaufsfertiges Produkt. Eine Entwicklung, die erst die präzise Geometrie und die exakten Passungen ermöglicht hatten.

Die intensive Testphase war auch verantwortlich für den reibungslosen Anlauf der Serienfertigung, da nur noch minimale Änderungen erforderlich waren, nachdem der Ball die Produktionsreife erreicht hatte. Die Additive Fertigung hat somit nicht nur die Entwicklung des Spielzeugs überhaupt erst ermöglicht, sondern war auch Basis für dessen kosteneffiziente Serienfertigung im Spritzgussverfahren: Auch die Untersuchung der Unterschiede des für die Additive Fertigung verwendeten pulverförmigen Werkstoffs PA 2200 und des angenommenen realen Verhaltens des endgültigen Materials war Teil der Produktionsvorbereitungen.

„Wir haben unser Spielzeug rund um den Gedanken der freien Bewegung in vorgegebenen Richtungen entworfen. Das Design sah zunächst nach der eigentlichen Herausforderung aus; aber nachdem wir die Möglichkeiten des Rapid Prototyping erkannt hatten, waren wir uns sicher, dass wir es schaffen. Wir konnten unsere Idee in die Wirklichkeit überführen, in etwas Reales, für jeden Berührbares", sagt Victor Troyas, Geschäftsführer von Marusenko S.L. „Additive Fertigung, wie wir sie mit der FORMIGA P 100 von EOS und dem PA 2200-Werkstoff durchgeführt haben, war tatsächlich der einzige Weg, die Machbarkeit eines solchen 3D-Puzzles in Ballform zu belegen. Der Einsatz dieses Verfahrens war die Grundlage unseres Erfolgs.“

Ergebnisse

Aus einer Idee wurde Realität – für den Marusenko Sphere Ball bedeutet das die Integration von 54 Komponenten, davon 32 an der Oberfläche, zu einem Spielzeug, das als eines der innovativsten 3D-Spielzeuge unserer Zeit überhaupt gilt. Dank Rapid Prototyping konnten erste Prototypen 2009 nach nur sechs Monaten Entwicklungszeit auf der Puzzle Design Competition in San Francisco (USA) begeistern. Das Verfahren war zudem ein Segen für Design und Produktion, und es war ein Schlüsselfaktor nicht nur für die Serienfertigung, sondern auch für deren hohe Effizienz von Anfang an. Die Form der Welt ist eindeutig: Weder Scheibe noch Würfel – sie ist eine Kugel.

Der Funktionsprototyp des 3D-Puzzles Marusenko Sphere besteht wie die spätere Serienversion aus insgesamt 54 einzelnen Bauteilen (Quelle: Marusenko S.L.).
Der Funktionsprototyp des 3D-Puzzles Marusenko Sphere besteht wie die spätere Serienversion aus insgesamt 54 einzelnen Bauteilen (Quelle: Marusenko S.L.).
„Das Rapid Prototyping ist ein Prozess, der uns die Herstellung unseres Produkts erst ermöglicht hat. Das neue 3D-Lernspielzeug, unser Marusenko Sphere Ball, erlangte damit die Serienreife, und noch wichtiger: Es war das einzige Verfahren, mit dem wir das Produkt überhaupt erschaffen konnten. Mit einer anderen Technologie wäre der Prototypenbau schlicht nicht möglich gewesen.“ Victor Troyas, Geschäftsführer bei Marusenko S.L.
 

Kurzprofil 

Marusenko S.L. ist ein spanisches Unternehmen, das unter anderem Lernspielzeuge herstellt, vertreibt und verkauft. Es wurde von den Unternehmen Quipplan, Hiruden und Palcan & Bin gegründet.
 

Anschrift

Marusenko S.L.
C/Roncesvalles, No. 10
31350 Peralta Navarra (Spanien)
www.marusenko.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

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