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Tortillas auf Knopfdruck – Hitzebeständiger Hochleistungs-Kunststoff ermöglicht additiv gefertigte Komponenten in Tortilla-Automat

: 1zu1 Prototypen


Carlos Ruiz hatte eine zündende Idee: eine Tortilla-Maschine nach dem Prinzip von Kaffeekapseln. Für die Entwicklung klopfte der Student bei der Eugster/Frismag AG an, OEM vieler führender Kaffeemaschinenmarken. Bei der Herstellung der Prototypen kam 1zu1 ins Spiel und überraschte mit außergewöhnlichen Materialien und perfekter Oberflächentechnik.

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(Bild: flatev)

(Bild: flatev)

Als der Mexikaner Carlos Ruiz sein Studium an der Universität Zürich begann, war die Sehnsucht nach seiner Heimat groß. Zumindest auf richtige Tortillas wollte er auch in der Schweiz nicht verzichten. Der junge Student suchte eine Lösung und hatte eine zündende Idee: eine Tortilla-Maschine mit Teig aus der Kapsel. Carlos begeisterte seinen Studienkollegen Jonas Müller. 2010 gründeten sie ihr Start-up „flatev“, kurz für Flatbread Evolution. Um auch wirtschaftlich in die Gänge zu kommen, holten sie Entrepreneur Louis Frachon ins Boot. Das Rezept – ganz ohne künstliche Zutaten – steuerte Mama Ruiz bei.

Mit dem Gewinn des Venture Kick 2012 waren 130.000 Schweizer Franken Startkapital eingefahren. Mit den ersten Prototypen wandte sich das kleine Team schließlich bei einer Messe in Chicago an die Eugster/Frismag AG. Das Unternehmen mit weltweit 3.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern entwickelt und produziert als OEM vor allem Kaffeemaschinen für führende Marken wie Jura und Nespresso.

Eugster/Frismag übernahm das Projekt im Jahr 2015, entwickelte ein erstes Konzept und baute ein Gerät für die ersten Funktionstests. Rasch waren die technischen Herausforderungen identifiziert – und davon gab es einige: Die Kapseln ließen sich nicht zuverlässig aufschneiden, der Teig fiel nicht immer an die richtige Stelle auf der Backplatte. Für das Zusammenpressen war eine relativ hohe Kraft erforderlich, die Temperaturverteilung beim Backen war ungleichmäßig.
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(Bild: flatev)

(Bild: flatev)

Auch die Verschmutzung in der Maschine war ein Thema. Der Teig war zu klebrig.

Nach zwei Monaten war klar, dass sich diese Probleme mit dem bestehenden Konzept nicht lösen lassen – jedenfalls nicht im Rahmen der vorgegebenen Kostenziele. Im Anschluss wurde ein neues Konzept ausgearbeitet: mit anderem Ablauf, einer anderen Zufuhr für die Kapsel, einer einfachen Möglichkeit zur Reinigung und vielem mehr.

Ein neues Konzept

Die Teigkapsel wird nun mit dem Deckel nach unten in einen Schlitten eingelegt. Ein Messer schneidet den Deckel auf, der Teig wird aus der Kapsel gedrückt und landet auf der unteren Backplatte. Die obere Backplatte fährt aus und drückt den Teig in mehreren Schritten flach. Der Backvorgang dauert etwa 90 Sekunden. Danach neigt sich die untere Platte und so rutscht der fertige Fladen in die Ausgabeschale.

Was trivial klingt, ist technisch äußerst anspruchsvoll. Im Gerät stecken viele Patente. Allein für das Aufschneiden machten die Entwickler über tausend Versuche mit verschiedenen Kapseln, die wiederum mit verschiedenen Folien verschweißt waren. Der Teig muss zentriert werden, damit er immer richtig auf der Backplatte zu liegen kommt. Es wird unter anderem geprüft, ob nicht versehentlich eine tiefgefrorene Teigkapsel
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(Bild: flatev)

(Bild: flatev)

eingelegt wurde. Dann heizt die Maschine die Platte auf etwa 180 Grad – mit minimalen Temperaturunterschieden über die ganze Fläche. Wasserdampf wird aktiv aus der Maschine abtransportiert.

Enge Zusammenarbeit

1zu1 ist der wichtigste Partner von Eugster/Frismag bei der Herstellung von Prototypen. Beim Schweizer Kunden schätzt man, dass 1zu1 alle gängigen Verfahren anbietet und die Teile in der Regel binnen 48 Stunden liefert. Nur so kann der OEM eng getaktete Entwicklungszeiten einhalten. „In einem hochdynamischen Projekt wären Stehzeiten für Maschinen und Mitarbeiter nicht akzeptabel“, schildert 1zu1-Kundenbetreuer Sebastian Fink.

Auch die räumliche Nähe – Amriswil ist lediglich 35 Kilometer Luftlinie von Dornbirn entfernt – ist ein großer Vorteil. „Sie erleichtert die Abstimmung bei komplexen Themen, und die tauchen naturgemäß bei Projekten dieser Größenordnung auf“, erinnert sich Fink.

Vier Prototypen

Von der Tortilla-Bäckerei wurden in vier Entwicklungsphasen Prototypen gebaut. Mehr als 60 Bestellungen gingen dabei an 1zu1, insgesamt einige hundert Teile.
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1zu1 bereitete die Konstruktionsdaten im CAD-Programm für die Stereolithografie auf. (Bild: Darko Todorovic)

1zu1 bereitete die Konstruktionsdaten im CAD-Programm für die Stereolithografie...

Der erste Prototyp war ohne Gehäuse, rein darauf ausgerichtet, die Funktion zu testen. Beispielsweise konnten die Entwickler mittels Kamera analysieren, wie genau der Teig auf die Backplatte herunterfällt. Mit dem zweiten Prototyp verfeinerte Eugster/Frismag das Konzept weiter.

Vom dritten Prototyp ließ flatev schließlich vier Geräte bauen und begab sich damit auf Investorensuche. Für die Entwickler hieß das: höchste Ansprüche an Funktion, Optik und Haptik. In einer vierten Entwicklungsphase wurden dann – schon im Hinblick auf die spätere Serienfertigung – noch kleinere Anpassungen vorgenommen.

Überraschende Lösungen

Durch die langjährige enge Zusammenarbeit kennt Eugster/Frismag die zahlreichen Möglichkeiten von 1zu1 sehr gut. „Beim Großteil der Bestellungen ist ganz klar, was, in welcher Qualität und mit welchem Produktionsverfahren gebraucht wird“, schildert Fink. Beim flatev-Projekt hingegen hieß es für beide Seiten, neue Wege zu gehen.

So entstehen in der Tortilla-Backmaschine hohe Temperaturen von bis zu 230 Grad. Das bedeutet, dass Teile aus herkömmlichen Kunststoffen schmelzen würden. 1zu1 hatte die Lösung: Stereolithografie-Teile aus dem Hochleistungs-Kunststoff
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Langsam taucht die vom Laser ausgehärtete Struktur wieder aus dem Harzbad auf. (Bild: Darko Todorovic)

Langsam taucht die vom Laser ausgehärtete Struktur wieder aus dem Harzbad auf....

Somos PerFORM halten diesen Temperaturen stand. Der Werkstoff wurde für die Formel 1 entwickelt und enthält Keramikpartikel, die die gedruckten Teile sehr hitzebeständig machen. Sie halten nicht nur hohen Temperaturen, sondern auch höchsten Beanspruchungen stand.

„Ohne unseren Vorschlag hätten die Teile aus Kunststoff gefräst werden müssen. Das hätte länger gedauert und wäre deutlich teurer gewesen“, weiß der 1zu1-Kundenbetreuer.

Außergewöhnliche Anforderungen ans Design

Auch die hohen Ansprüche an Oberflächen und Farben beim dritten Prototyp waren eine meisterbare Herausforderung. Für das äußere Erscheinungsbild wurde eigens das kalifornische Studio bould design gewonnen, das schon die GoPro entworfen hatte. Die Designer lieferten auch Farbmuster, die als Referenz dienten.

„In so einem Fall tauschen wir uns intensiv mit unserem Kunden aus: Was kann man wie machen? Worauf muss man in der Konstruktion Rücksicht nehmen, damit das Ergebnis optimal ist?“, erzählt Sebastian Fink. Das Gehäuse fertigte 1zu1 schließlich im Vakuumguss. Der erste Abguss in Dornbirn wurde gemeinsam in Augenschein genommen. So konnten die Rückmeldungen sofort in die Produktion der weiteren
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Nach Abschluss des Bauprozesses kann der Bauteil von der Plattform genommen werden. (Bild: Darko Todorovic)

Nach Abschluss des Bauprozesses kann der Bauteil von der Plattform genommen...

Teile einfließen.

Auch Details erforderten aufwändige Lösungen: Die Bedienelemente beispielsweise sind hinterleuchtet. 1zu1 fertigte sie transparent mit Stereolithografie, lackierte sie anschließend in der Gehäusefarbe und trug die Beschriftung mittels Laser wieder ab.

Langlebige Prototypen

Mit dem Ergebnis waren die Projektverantwortlichen bei flatev dann auch hoch zufrieden. Dass Konstrukteure und Prototypen-Bauer gute Arbeit geleistet haben, sieht man auch daran, dass die vier Design-Prototypen seither gut funktionieren. „Dabei sind sie sicher schon fünfmal um die ganze Welt geflogen – und jeder weiß, dass das Fluggepäck bei der Verladung nicht immer sanft behandelt wird“, freut sich Fink.

Eugster/Frismag hat die Entwicklung im Februar 2017 erfolgreich abgeschlossen und ist startklar für die Serienproduktion. Das Team von flatev sucht unterdessen nach einem finanzstarken Investor für die weltweite Vermarktung. Dabei geht es um viel Geld: Vom Werkzeugbau für die Produktion bis zur Vertriebsstruktur für die Geräte und das kühlpflichtige Lebensmittel sind hohe Investitionen nötig.

An der Produktqualität scheitert es jedenfalls nicht. Eugster/Frismag-Entwicklungschef Wolfgang Riessbeck jedenfalls schwärmt vom hervorragenden Geschmack der Tortillas:
„Wer diese Qualität der Tortilla kennt, möchte sie nicht mehr missen“. Der Teig besteht übrigens nach wie vor aus fünf Zutaten, ohne jegliche Zusatzstoffe.


(Bild: flatev)
(Bild: flatev)
(Bild: flatev)
1zu1 bereitete die Konstruktionsdaten im CAD-Programm für die Stereolithografie auf. (Bild: Darko Todorovic)
Langsam taucht die vom Laser ausgehärtete Struktur wieder aus dem Harzbad auf. (Bild: Darko Todorovic)
Nach Abschluss des Bauprozesses kann der Bauteil von der Plattform genommen werden. (Bild: Darko Todorovic)
Händisch wird die Stützgeometrie entfernt und die Oberfläche geglättet. (Bild: Darko Todorovic)
Das Bauteil ist parat für den Einbau in den Prototypen. (Bild: Darko Todorovic)
Die Teigkapsel wird in den Schlitten des Prototypen eingelegt. (Bild: flatev)
Knusprigkeit und Sorte können ausgewählt werden und nach 90 Sekunden kann der Fladen aus der Lade entnommen werden. (Bild: flatev)
Die Kapseln mit dem vorgefertigten Teig in verschiedenen Geschmacksrichtungen sorgen für gleichbleibende Qualität und sind biologisch abbaubar. (Bild: flatev)


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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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