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Samsonite beweist Innovation vom Design bis zur Fertigungsanlage

: Materialise


Jedes Jahr gestaltet Samsonite Europe in Oudenaarde, Belgien, mehrere neue Kollektionen von Hartschalenkoffern für den europäischen Markt. Bei einigen geht es um rein optische Verbesserungen, andere stellen völlig neue Kollektionen dar mit neuen funktionalen Bestandteilen. In den letzten zehn Jahren half der 3D-Druck dem Designteam, intelligente Lösungen für komplexe Herausforderungen in neuen Projekten zu finden.

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Wo früher eine separate Leitungsführung mit Luftschläuchen erforderlich war, sind die Luftkanäle bereits im Bauteil integriert.

Wo früher eine separate Leitungsführung mit Luftschläuchen erforderlich war,...

„Dank des 3D-Drucks können wir das richtige Design schnell auf den Markt bringen und gleichzeitig die hohen Standards liefern, die Kunden von unserer Marke erwarten", erklärt Vivien Cheng, Bereichsleiterin für Produktentwicklung bei Samsonite Europe. „Jeder einzelne unserer Koffer muss nicht nur leicht, sondern auch besonders robust sein; nicht nur haltbar, sondern auch anwenderfreundlich. Anfangs nutzten wir den 3D-Druck hauptsächlich für visuelle Prototypen und später dann auch für funktionale. Heute setzen wir die Technologie in jedem Prozessstadium ein: für visuelle Prototypen, Machbarkeitsstudien, funktionale Prototypen und für die Werkzeuge der Fertigungsanlage.“

Trotz der großen Menge an 3D-gedruckten Bauteilen, die Samsonite heute wöchentlich benötigt, hat das Unternehmen die strategische Entscheidung getroffen, auf externe 3D-Druckdienstler wie Materialise zu setzen, statt in eine eigene Produktionsstätte für den 3D-Druck zu investieren. Ausschlaggebend waren dabei die Kostenvorteile, die Flexibilität, der dauerhafte Zugang zu führenden Technologien und die erfolgreichen kreativen Partnerschaften mit Experten aus dem 3D-Druck-Bereich.

Unnötige Kosten vermeiden

Die meisten Bestandteile der Hartschalenkoffer von Samsonite werden im Spritzgussverfahren hergestellt. Daher ist die Fertigung der tatsächlichen Komponenten mit erheblichen Kosten verbunden. Die Aufgabe der Design- und Konstruktionsteams besteht im Vermeiden kostspielige Anpassungen der Gussformen oder gar dem Bestellen falscher Formen.

„Einen Großteil
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Seit zehn Jahren beschäftigt sich Samsonite mit dem 3D-Druck und beweist Innovation vom Design bis zur Fertigungsanlage.

Seit zehn Jahren beschäftigt sich Samsonite mit dem 3D-Druck und beweist Innovation...

des Budgets für Prototypen auszugeben, mag wie eine große Investition erscheinen", fährt Vivien Cheng fort, "aber wenn es hilft, jedes Teil perfekt zu machen, bevor wir Gussformen im Wert von Hunderttausenden Euros bestellen, ist das sinnvoll eingesetztes Geld. Der 3D-Druck ermöglicht uns schnelle Iterationszyklen und gestattet uns, jede Zwischenversion sorgfältig zu testen und zu bewerten. So finden wir schnell Antworten auf wichtige Fragen wie etwa: Ist dieser neue Grifftyp bequem? Sieht er gut aus? Geht er schnell kaputt? und schlussendlich: Erfüllt dieses neue Konzept das, was der Verbraucher in praktischer und funktionaler Hinsicht braucht? Neue Technikkonzepte können auch hoch komplexe Schalen mit einer neuen Funktionalität umfassen, z. B. Innenfächer, die ein Gepäckstück zu einem mobilen Büro machen. Dass wir diese Ideen und Konzepte in der Realität sehen können, bevor wir uns auf ein konkretes Design festlegen, ist unglaublich wichtig. Manchmal drucken wir große Teile eines Koffers zur Entwurfsprüfung und Produktoptimierung, damit wir schneller vernünftige Entscheidungen treffen können.“

Funktionale Prototypen werden auch zur Qualitätsprüfung des Produkts eingesetzt. Teile zur Schalenverstärkung können für Falltests gedruckt werden. Je nach Ergebnis der Tests lassen sich die Teile dann weiter optimieren, bevor die teuren Spritzgussformen bestellt werden. So kann Samsonite das Risiko eines Produktversagens noch vor der Fertigung des Endprodukts minimieren. 3D-gedruckte visuelle Prototypen sind auch für Marketingzwecke nützlich. So lassen sich lange vor dem Produktionsstart Konzepte mit den gleichen visuellen und haptischen Eigenschaften wie beim Endprodukt präsentieren. Dank der Möglichkeit Texturen zu drucken oder das Erscheinungsbild unterschiedlicher
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In der Fertigungslinie unterstützen additiv gefertigte Aufnahmen die Positionierung der Teile und vereinfachen damit den Montageprozess.

In der Fertigungslinie unterstützen additiv gefertigte Aufnahmen die Positionierung...

Werkstoffe zu imitieren – ein einzigartiger Vorteil des 3D-Drucks – können visuelle Zwillinge des Endprodukts erschaffen werden.

Werkzeuge aus dem 3D-Drucker

Über die Prototypen hinaus verwendet Samsonite den 3D-Druck auch für Werkzeuge in ihren Produktionsanlagen in Belgien und Ungarn. Um zu verhindern, dass der beim Laserschneiden erzeugte Rauch die Kofferschalen verschmutzt, fungieren 3D-gedruckte Spannvorrichtungen als Abdeckung. Diese Abdeckung besteht aus 2 Teilen: Der Träger wird aus PA12 und die Hülle aus DuraForm Flex gedruckt. Die Herstellung solcher 3D-gedruckten Spannvorrichtungen bot eine leichte Methode zum Vereinfachen der Produktion. Heute sind in den Produktionsanlagen von Samsonite ständig 50 bis 60 solcher Spannvorrichtungen in Betrieb.

Andere Werkzeuge werden 3D-gedruckt, weil sie weniger wiegen, ein ergonomischeres Design aufweisen oder spezielle Funktionen bieten. Dazu gehören verschiedene Greifer für Roboter sowie eine breite Palette an Vorrichtungen um unzählige Klebe-, Platzierungs- und Schneideaufgaben zu erleichtern, die bei der Herstellung eines Hartschalenkoffers anfallen. Andere Werkzeuge kommen bei Mess- und Kalibrierungsaufgaben entlang der Produktionsstraße zum Einsatz.

„Wir setzen viel Pneumatik ein, zum Beispiel in Greifern", erklärt Nicolas De Vogelaere, Ingenieur für mechanische Werkzeuge. „Manche
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Additiv hergestellte Greifer sind durch bereits integrierte Pneumatikkomponenten wesentlich leichter, wodurch die Roboter nicht mehr an der Lastgrenze betrieben werden müssen.

Additiv hergestellte Greifer sind durch bereits integrierte Pneumatikkomponenten...

funktionalen Merkmale, die früher durch Kunststoffröhren im Teil erzeugt wurden, sind anfällig für Beschädigungen, was zu Ausfallzeiten der Anlage führen kann. Ein großer Vorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass wir die Teile schon direkt mit integrierten Luftkanälen konstruieren können. Das ist kostengünstiger, da keine zusätzliche Montagezeit benötigt wird. Außerdem ist es auch noch zuverlässiger.“

Werkzeuge neu denken

Ein anderer Vorteil des 3D-Drucks sei es, Gewicht einsparen zu können. Davon profitieren nicht nur die Mitarbeiter bei manuellen Tätigkeiten, sondern auch die automatisierten Prozesse. Mit den Greifern aus herkömmlichen Herstellungsmethoden lagen die Gewichtsbelastungen der Roboterarme ständig im Grenzbereich. Dank des 3D-Drucks ist man weit davon entfernt und hat so viel Spielraum, dass die Greifer sogar noch mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet werden können.

Ein Greifer, der für die Montage eines neuen Kofferdesigns entwickelt wurde, liefert ein anschauliches Beispiel dafür, wie das Werkzeugdesign bei Samsonite heute neu gedacht wird. Die Spritzgussform für die neuen Tragegriffe besitzt vier Vertiefungen. Bei jedem Durchlauf werden zwei unterschiedliche Stückpaare hergestellt. Normalerweise würden die vier Teile nach jedem Durchgang auf ein Förderband fallen und müssten dann von Hand sortiert werden. Von dort würden die sortierten Teile an eine Montageanlage weitergeschickt werden, wo sie zusammengesetzt und an den Koffer montiert werden.

Mit dem neuen Greifer
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Die Entwickler bei Samsonite sind mittlerweile in der Lage, den 3D-Druck voll bei der Bauteilentwicklung mit zu berücksichtigen und Bauteile völlig neu zu denken.

Die Entwickler bei Samsonite sind mittlerweile in der Lage, den 3D-Druck voll...

werden die Teile aus der Form genommen und sofort zusammengesetzt. Dadurch entfällt der Sortiervorgang und es wird ein Schritt in der Montage übersprungen, was Zeit spart. „Wenn wir den Greifer mit konventionellen Methoden und vollständig aus Metallteilen herstellen müssten, würde er bedeutend mehr wiegen und kosten als das 3D-gedruckte Teil", fügt De Vogelaere hinzu. „Es ist das erste Mal, dass wir so etwas gebaut haben, und die Vorteile hinsichtlich der Produktionseffizienz und Werkzeugkosten sind offensichtlich.“

Konstruieren für AM – eine Lernerfahrung

Als De Vogelaere und seine Kollegen begannen, sich in den 3D-Druck einzuarbeiten, konnten sie auf die bereits gewonnenen Erfahrungen des Planungs- und Entwicklungsteams zurückgreifen. Die Anwendung additiver Technologie auf Produktionswerkzeuge bedeutet jedoch, dass voll belastbare, funktionsfähige Teile konstruiert werden müssen, die jeden Tag ihren Dienst tun.

Durch die Arbeit mit Materialise konnte das Werkzeugteam von Samsonite eine neue Herangehensweise an das Design von Teilen für die additive Herstellung erlangen. So wurde das Verständnis der Vorteile und Designfreiheit des 3D-Drucks ebenso wie das der spezifischen Designregeln (Berücksichtigung von Schichten, Aufbaurichtung usw.) vertieft. Für De Vogelaere hat das die Beziehung zum 3D-Druck-Anbieter sogar noch verbessert. „Wir haben intern ein wirklich profundes Verständnis der verfügbaren Konstruktionsmöglichkeiten entwickelt", freut er sich und ergänzt: „Auf diese Weise können wir die Anzahl der Teile in einer Baugruppe verringern, Funktionen hinzufügen und Bauteile herstellen, die mit herkömmlichen
Methoden einfach nicht zu fertigen wären. Wenn wir heute eine Konstruktionsdatei an Materialise senden, können sie diese meistens direkt zum Druck an die Maschine senden. In den Anfangstagen mussten die Dateien dagegen häufig noch geändert und verbessert werden. Daraus hat sich ein äußerst effizienter Prozess entwickelt, der es Materialise zudem ermöglicht, uns bei Bedarf bei spezifischeren oder ungewöhnlichen Designherausforderungen gezielt unter die Arme zu greifen.“

Make or Buy?

Die Effizienz dieses Prozesses ist ungeheuer wichtig. In einer durchschnittlichen Woche fordern die Teams für Design, Prototypenentwicklung und Produktionsanlagen zwischen 100 und 150 Teile für vorab vereinbarte schnelle Produktionszyklen an. Aber warum hat sich Samsonite bei derart hohen Volumina nicht dafür entschieden, den 3D-Druck hausintern durchzuführen? Für Vivien Cheng geht es bei der Antwort nicht nur um Zweckmäßigkeit, sondern vor allem um den Wettbewerbsvorteil.

Samsonite ist es wichtig, stets Zugriff auf die führenden Verfahren und Materialien der Additiven Fertigung zu haben, trotz der rasanten Entwicklung der Technologie. „Wir wissen, dass Materialise sich in der 3D-Druck-Branche so ziemlich an vorderster Front befindet. Sie erweitern ständig ihren Maschinenpark und fügen neue Verfahren und Software hinzu oder entwickeln sie gleich selbst“ erklärt sie. Bei all den Anwendungsgebieten, in denen Samsonite 3D-Druck einsetzt, sei es wichtig sicherzustellen, dass stets die optimale Technologie zur Verfügung steht. Eigene Maschinen in Verbindung mit den Kosten für Wartung und Personal, seien derzeit keine attraktive Option. „Unsere Produkte, der Produktionsprozess und, schlussendlich, unsere Kunden profitieren dann am meisten, wenn wir die Möglichkeiten des 3D-Drucks zur Gänze ausschöpfen. Eine Partnerschaft wie die, die wir mit Materialise
haben, liefert genau das. Wir haben einen direkten Draht zu den neuesten Konzepten, optimalen Verfahren und jüngsten Innovationen.“

formnext Halle 12.1, Stand C131


Wo früher eine separate Leitungsführung mit Luftschläuchen erforderlich war, sind die Luftkanäle bereits im Bauteil integriert.
Seit zehn Jahren beschäftigt sich Samsonite mit dem 3D-Druck und beweist Innovation vom Design bis zur Fertigungsanlage.
In der Fertigungslinie unterstützen additiv gefertigte Aufnahmen die Positionierung der Teile und vereinfachen damit den Montageprozess.
Additiv hergestellte Greifer sind durch bereits integrierte Pneumatikkomponenten wesentlich leichter, wodurch die Roboter nicht mehr an der Lastgrenze betrieben werden müssen.
Die Entwickler bei Samsonite sind mittlerweile in der Lage, den 3D-Druck voll bei der Bauteilentwicklung mit zu berücksichtigen und Bauteile völlig neu zu denken.


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Bericht in folgenden Kategorien:
Dienstleistungen, Additive Bauteilfertigung

Im Gespräch

/xtredimg/2019/Additive%20Fertigung/Ausgabe260/19458/web/Thomas__Fehn.jpgAdditive Zukunft mit Metallen
Trumpf zählt zu den Maschinenpionieren im Bereich der Metall-Additiven Fertigung. Nach einem starken Einstieg im Jahr 2003 hat sich das Unternehmen aus dem Bereich zurückgezogen, um etwa zehn Jahre später ein umso fulminanteres Comeback zu feiern. Nach wie vor zählt der Maschinenbauer aus Ditzingen (D) zu den technologischen Vorreitern. Dr. Thomas Fehn, General Manager Trumpf Additive Manufacturing, schildert, wie Trumpf den Markt um die Additive Fertigung einschätzt. Das Interview führte: Georg Schöpf, x-technik
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