Ausgabe - 15 - Produktion

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26 · Konstruktion · Produktion · 12. April 2012 · Nr. 15 LINEARMOTOR Hohe Bewegungsqualität durch Eigensteifigkeit PRODUKTION NR. 15, 2012 Die Linearmotor-Baureihe LMS E von KML gibt es als Economy und High-Precision Class. Aufgrund der stabilen Querachse können sowohl Einzel- als auch Mehrachsensysteme zur Bewegung mittlerer Lasten eingesetzt werden. A-WIEN (PD). Die selbsttragende Konstruktion der Querträgerachse verleiht LMS E bei hoher Dynamik und Präzision eine große Eigensteifigkeit; sie kann direkt auf unbearbeitete Maschinenrahmen montiert werden. So bringt die neue, modulare Linearmotor-Baureihe von KML die Vorzüge der Linearmotortechnik in Anwendungsbereiche, die bisher aus wirtschaftlichen Gründen einer mechanisch aufwändigeren, weniger präzisen und dynamischen Antriebstechnik vorbehalten waren. Über alle Größenbereiche hinweg beherrschen steigende Anforderungen an Präzision und/oder Dynamik den Maschinenbau und damit die Antriebstechnik. Zugleich geben traditionelle, in dieser Jetzt bis zu 75% schneller und effizienter fertigen ... Vorsprung in Sekunden ... mit der neuen CHIRON Mehrspindel-Generation Ob Automotive, Aerospace, Maschinenbau, Medizin- oder Präzisionstechnik – die neuen CHIRON Mehrspindel-Fertigungszentren verkürzen Bearbeitungszeiten, reproduzieren hervorragende Oberflächen, komprimieren Ihren Fertigungsprozess auf kleinstem Raum und sparen bis zu 75% Ressourcen. Besuchen Sie uns und überzeugen Sie sich selbst, wie Sie mit CHIRON Fertigungszentren, Automation und schlüsselfertigen Komplettlösungen Ihren Vorsprung sichern können! OPEN HOUSE Tuttlingen, 25. bis 27.04.2012 Richtung nicht mehr entwicklungsfähige Methoden die Preise vor. Speziell in 2D-Anwendungen mit Portalkonfiguration war die Industrie an einem Punkt angelangt, an dem nur ein größerer Entwicklungsschritt zur Lösung dieser Situation beitragen konnte. Mit der Baureihe LMS E gelang es KML Beschleunigungsvermögen, Geschwindigkeit und Genauigkeit der Linearmotortechnik für Anwendungen verfügbar zu machen, die bisher aus Kostengründen auf andere Technologien zurückgreifen mussten. Das könnte ganze Bereiche des Maschinenbaus revolutionieren, vor allem den Aufbau von Portalrobotern für anspruchsvolle Pick & Place-Anwendungen mit Lasten bis ca. 30 kg. CHIRON POWER Die in der Economy und High- Precision Class verfügbare Baureihe LMS E besteht aus einzelnen Linearmotorachsen, die für spezielle Anwendungen mit einer max. Zwischenkreisspannung von 560VDC (optional 800VDC) betrieben und miteinander zu Portalkonfigurationen kombiniert werden können. Sowohl unterstützt als auch freitragend ist die masseoptimierte Querachse auch als Einzelachse einsetzbar. Ebenso wie die oberflächenmontablen, liegenden Achsen für Verfahrwege bis zu vier Meter gestattet sie Geschwindigkeiten über 5 m/s und Beschleunigungen jenseits von 100 m/s 2 . Wie alle Linearantriebssysteme verfügt die Baureihe LMS E aufgrund der integralen Konstruktion über eine sehr hohe Leistungsdichte, d.h. über eine geringe Masse bei hoher Vorschubkraft. Ihre Modularität und Variantenvielfalt ermöglicht die Anpassung der Baureihe LMS E an individuelle Kundenanforderungen durch den wirtschaftlichen Auf- CHIRON-WERKE GmbH & Co. KG Kreuzstraße 75 78532 Tuttlingen, Deutschland Tel. +49(0) 74 61-940 0 Fax +49(0) 74 61-940 8 000 www.chiron.de Ökonomische Lösung, ohne auf die Vorteile der Linearmotortechnik wie Präzision, Dynamik und Wartungsfreiheit verzichten zu müssen. Bild: KML bau der jeweils benötigten Geometrie mittels Zubehör wie Energieführungsketten und Regelelektronik sowie angebauter vertikaler Linearmotorachsen. Das führt laut KML zu einem guten Preis-/ Leistungsverhältnis. Zudem sind für die LMS-E-Baureihe robuste und präzise Positionsmesssysteme ebenso verfügbar wie die zur Erfüllung der neuen Maschinenrichtlinie erforderlichen Absolut- Längenmesssysteme. Ein besonderes Merkmal der Baureihe LMS E ist die Eigensteifigkeit der Linearachsen. Während die meisten Montageflächen für Linearmotorsysteme auf exakt bearbeiteten Oberflächen massiver Träger montiert werden müssen, genügt für LMS E in vielen Fällen eine we- PRODUKTION NR. 15, 2012 Die Schrittmotorendstufen iPM 206 und iPM 306 bieten mehr Laufruhe dank perfektem Microstepping. Zudem kommt eine hohe Positioniergenauigkeit. MÜNSTER (PD). Die richtige Leistungsendstufe holt das Optimum aus Schrittmotoren heraus. Dynamik und Laufruhe, das sind die wichtigsten Anforderungen an die Leistungsansteuerungen. Mit den Modellen iPM 206 und iPM 306 hat Systec zwei Modelle für diese Aufgaben im Angebot. „Ein Kunde hat mir erzählt: An der perfekten Frässpur erkenne ich, ob das Material aus der Maschine mit den Systec-Endstufen kommt“, berichtet Systec-Elektrotechnik-Entwickler Klaus-Gerd Schoeler stolz. Der Kunde betreibt mehrere Fräsanlagen mit mittlerweile nicht mehr allzu häufig verwendeten3-Phasen-Schrittmotoren. Auch der Bezug von Leistungsendstufen für die Motoren gestaltet sich immer schwieriger. Systec ist einer der wenigen Anbieter, die noch Leistungsansteuerungen anbieten, die dem früher weit verbreiteten Modell Berger Lahr D900 leistungsähnlich sind. Der von Systecs Technik-Chef genannte Kunde erneuert seine Anlagen jetzt sukzessive mit der Technologie. Die Produktionsqualität steige dadurch. Das liegt am nahezu perfekten Microstepping, das die iPM 306 leistet. Den sowieso schon laufruhigeren 3-Phasen-Schrittmotoren sentlich günstigere Profilrohrkonstruktion, da die standardisierten Nivellierelemente eine sichere und einfache Montage auf unbearbeiteten Maschinenrahmen gestatten. Zusätzliches Einsparungspotenzial gegenüber traditionellen Lösungen steckt im meist deutlich geringeren Platzbedarf. Insgesamt bietet die Baureihe LMS E die Möglichkeit, Präzision, Dynamik und Wartungsfreiheit der Linearmotortechnik für die Bewegung mittlerer Lasten zu erreichen, und das zu den Kosten konventioneller Methoden. www.kml-technology.com EFFIZIENZ-NAVI PREIS ✔ MATERIAL ENERGIE SERVICE HANDHABUNG ✔ ZEIT LEBENSDAUER KOSTEN SENKEN MIT PRODUKTION SCHRITTMOTORENENDSTUFE Mehr Laufruhe dank Microstepping Die Schrittmotorenendstufe iPM 306 bietet eine hohe Laufruhe. Bild: Systec verhilft sie mit ihren maximal 20 000 Schritten pro Umdrehung zu einem samtweichen Lauf. Auch Motorknurren bei niedrigen Drehzahlen gehört der Vergangenheit an. Geeignet ist das Modell für alle Steuerungen mit Puls- und Richtungssignal. Der Motorphasenstrom ist in 16 Stufen auf Werte zwischen 1,3 und 5,5 Ampere einstellbar. Die Positioniergenauigkeit beträgt 0,018 Grad. Leistungsfähiger ist in den vergangenen Jahren auch die Schrittmotorendstufe iPM 206 geworden. www.systec.de EFFIZIENZ-NAVI PREIS MATERIAL ENERGIE SERVICE HANDHABUNG ZEIT LEBENSDAUER KOSTEN SENKEN MIT PRODUKTION Seite 26 Konstruktion PRO_2012_15.indd 26 03.04.2012 14:31:30
3D-DRUCKER WOLFGANG BAHLE PRODUKTION NR. 15, 2012 3D-Extrusions-Printer kosten im Web inzwischen weniger als zweieinhalbtausend Euro. Wer es schneller und präziser will, dünne Wände benötigt und auf exakte Farbübergänge Wert legt, muss allerdings bedeutend tiefer in die Tasche greifen. eins. Das Unternehmen mit Sitz in Minneapolis begann Anfang der neunziger Jahre mit der Entwicklung des patentierten FDM-Verfahrens (Fused Deposition Modeling), das Thermoplaste wie ABS als Baumaterial verwendet. Dicht auf den Fersen folgt der Rapid-Pionier 3D System aus South Carolina. Der von Chuck Hull gegründete Hersteller entwickelte 1984 in Kalifornien die erste Stereolithographieanlage, hat im Laufe seines Beste- hens diverse Maschinen-Werkstoffhersteller aus dem Rapid-Bereich aufgekauft. Jüngstes Beispiel ist der im Januar dieses Jahres übernommene 3D-Drucker-Spezialist Z Corporation aus Boston. Die bürotauglichen 3D-Inkjet-Drucker sind bei 3D Systems in der Produktlinie ProJet zusammengefasst, die mit Photopolymeren arbeiten, jüngst ergänzt durch die Z Printer mit ihrer Inkjet-Bindertechnolgie. Der dritte im Bunde der großen Player ist der israelische Hersteller Objet, dessen Inkjet- 3D-Drucker mit dem hauseigenen Polyjet- beziehungsweise Polyjet- Matrix-Verfahren, ebenfalls auf Photopolymer-Basis, arbeiten. Alle diese Verfahren arbeiten generativ – manche sagen auch additiv – und kommen ohne Laser aus. Ausgangspunkt für den Bauprozess ist grundsätzlich ein 3D- CAD-Modell, das aus dem CAD- System meist im STL-Format (Standard Transformation Language) exportiert wird. Im nächsten Schritt wird das Bauteil mit der speziellen Drucker-Software in einzelne Schnittebenen zerlegt (Slice-Prozess). Für jede Schicht wird dabei auch die für den Bauprozess relevante Geometrieinformation generiert. In Schichtbauweise werden die Modelle dann in einer geschlossenen Kammer Lage für Lage innerhalb weniger Stunden aufgebaut. Der zu erzeugende Gegenstand wächst dabei in Schritten von einigen Zehntel bis zu wenigen hundertstel Millimetern, je nach Gerät, Verfahren und Anforderung. Während die Produkte von Objet sowie 3D Systems bei den Produktlinien ProJet und ZPrinter mit (technologisch unterschiedlich arbeitenden) Inkjet-Verfahren 12. April 2012 · Nr. 15 · Produktion · Fertigung · 27 Bauteile aus dem Drucker für wenig Geld MÜNCHEN (SM). Spätestens der Einstieg von HP in den Markt für 3D-Drucker vor zwei Jahren war ein wichtiges Indiz, dass Rapid- Technologien sich im Büroalltag fest etabliert haben und zum unverzichtbaren Arbeitsmittel von Designern, Entwicklern und Konstrukteuren geworden sind. Zwar fertigt der IT-Riese und weltgrößte Druckerhersteller die Geräte nicht selbst, sondern lässt seine Designjet-3D-Printer vom 3D-Marktführer Stratasys herstellen, die Signalwirkung aber bleibt. Doch was sind eigentlich 3D- Drucker? Es gibt keine klare Definition, aber der Begriff wird seit ein paar Jahren gerne als Synonym für generativ arbeitende Rapid-Prototyping-Geräte verwendet, die äußerlich fast normalen Papierdruckern gleichen, im Büro neben Kaffeemaschine und Kopierer stehen und sich, jedenfalls theoretisch, ebenso leicht bedienen lassen. Damit unterscheiden sich die hier verwendeten Verfahren von anderen generativ arbeitenden Rapid-Technologien wie Stereo- Lithographie (kurz SLA) oder das selektive Lasersintern und das weitestgehend verfahrensgleiche Laserschmelzen (SLS und SLM), die auf Grund ihrer anderen und zumeist anspruchsvolleren Aufgabenstellung, der damit verbundenen Anlagengröße und der benötigten Betriebsmittel vorwiegend im Labor- und Fertigungsumfeld anzutreffen sind. Der Markt für bürotaugliche 3D- Drucker ist nach einigen Firmenübernahmen ziemlich überschaubar geworden. Gerade mal drei Hersteller dominieren die Szene. Hinzu kommen einige Anbieter aus dem untersten Preissegment, die Geräte und Bausätze über das Internet vertreiben. Mit rund 40 % Marktanteil 2010 ist Stratasys mit seinen Marken Dimension, Fortus und uPrint global die Nummer Funktionsfähiges Planetengetriebe aus ABS, gebaut mit einem Dimension Elite Printer (22.150 Euro) von Stratasys. Bild: Stratasys Drei größere Hersteller geben den Ton auf dem Markt an Der noch recht schnelle und genaue ProJet 1500 von 3D Systems arbeitet mit Inkjet-Technik auf Photopolymer-Basis und ist farbtauglich. Bild: 3D Systems Seit Jahren Marktführer: Die Dimension-Reihe von Stratasys läutete vor zehn Jahren den Markt für bürotaugliche 3D-Drucker im Budget-Bereich ein. Bild: Stratasys/ Alphacam arbeiten, kommt bei Stratasys mit FDM ein Extrusionsverfahren zum Einsatz. Baumaterial ist thermoplastischer Kunststoff, meist ABS, der in Drahtform auf Spulen aufgewickelt ist und die man in Form praktischer Kassetten einfach von vorne in den Printer einschiebt. Wie bei einer Heißklebepistole wird das Material aus der sich in x- und y-Richtung bewegenden Düse extrudiert und auf die Bauplattform aufgebracht, die sich wiederum in Z-Richtung nach unten absenkt und so für Schichtdicken - je nach Modell – zwischen 0,18 und 0,33 mm sorgt. Das in zahlreichen Farben erhältliche ABS hat als Baumaterial den Vorteil, dass es dem späteren Spritzgussteil materialmäßig fast gleicht, temperaturbeständig und langlebig ist und sich zudem gut nachbearbeiten - und sogar galvanisieren – lässt. Nachteil ist das gegenüber den Technologien der Mitbewerber langsamere Bautempo sowie prinzipbedingte Probleme beim Erzeugen von Überhängen. Trotzdem hat die bürofreundliche Technologie mit den Kunststoffdrähten sofort überzeugt, weshalb es Stratasys mit seiner 2002 gestarteten Budget- Marke Dimension gelang, damals zu Preisen ab knapp unter 30 000 Dollar bis heute über 12 000 Geräte zu verkaufen. Stratasys kann damit als Vorreiter für bezahlbare 3D- Printer gelten, dem andere Hersteller im Laufe der Jahre gefolgt sind. Heute beginnen die Preise bei 14 900 Dollar (rund 11 200 Euro) und liegen damit etwas unterhalb der vor kurzem von 3D Systems vorgestellten einfarbigen ProJet 1000 und dem mehrfarbigen Pendant ProJet 1500. Gute 3D-Drucker gibt es heute ab rund 11 000 Euro Wie hoch die Kosten pro Bauteil bei den einzelnen Geräten und Verfahren sind, lässt sich nur schwer beantworten. Die Anbieter machen hierzu gar keine oder nur sehr wage Angaben. Anhaltspunkte können die Einkaufspreise für die Bauwerkstoffe bieten. Hier haben zum Beispiel Polymerwerkstoffe mit hohem Gips-Anteil, wie sie bei den Z Printern verwendet werden, Vorteile gegenüber den sehr teuren Original-Kassetten mit denen die Dimension-Drucker be- schickt werden. Da bei Dimension handelsübliche ABS-Werkstoffe verschmolzen werden, findet man im Web inzwischen einige Drittanbieter, bei denen der Kunststoffdraht wesentlich günstiger bezogen werden kann. Aber auch die Möglichkeit, durch dünnwandige Bauteile Werkstoffkosten einsparen zu können, sollte man beim Kostenvergleich berücksichtigen. Einen Bausatz gibt es im Web schon für rund 1 000 Euro Zum Schluss noch ein Abstecher in das unterste Preissegment. Als 2009 einige Basispatente des von Stratasys entwickelten FDM-Verfahrens abgelaufen waren, hat sich sofort eine kleine Szene von Anbietern entwickelt, die FDM im Low- Budget-Bereich nutzen und die ihre 3D-Drucker – teilweise in Form von Bausätzen – fast ausschließlich über das Web anbieten. Ein Beispiel ist der britische Anbieter A1 Technologies, dessen Fertiggerät BfB 3000 als Nachfolger des mit zwei Awards ausgezeichneten RepMan Pro bereits für 1 995 Pfund (etwa 2 380 Euro) zu haben ist. Und wer sich vor ein wenig Bastelarbeit nicht scheut, kann bei A1 einen Bausatz des RepMan für 795 Pfund bestellen. Dass die Großen der Rapid-Branche die Aktivitäten der Szene durchaus ernst nehmen, zeigt die Übernahme des britische Start-up-Unternehmen Bits From Bytes durch 3D Systems. Fazit Keine Frage, 3D-Drucker sind erschwinglich geworden. Wer als Single-User nur hin und wieder ein ABS-Modell bauen will oder muss und keine großen Ansprüche an die Genauigkeit stellt, für den sind Geräte der Low-Cost-Klasse wie der BfB 3000 oder der Cube sicherlich keine schlechte Wahl. Wer hochpräzise, dünnwandige und vielleicht mehrfarbige Gegenstände benötigt oder sogar Gussformen erzeugen möchte, was mit einigen Geräten ebenfalls möglich ist, bewegt sich bei den Investitionskosten schnell im unteren bis mittleren fünfstelligen Bereich. Die alte Weisheit, man muss wissen, was man will, gilt auch beim Kauf von 3D-Druckern. Seite 27 Fertigung PRO_2012_15.indd 27 03.04.2012 14:32:46
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