Spirax Sarco

„Wir haben uns letztlich deshalb für den ZPrinter entschieden, weil er in so vielen unterschiedlichen Anwendungsgebieten einsetzbar ist: Prototypen, Flussanalyse, und sogar für Vertrieb, Marketing und Messen kann man ihn gebrauchen. Wir haben schon tausende Modelle gedruckt ... Irgendwie profitiert das Unternehmen jedes Mal, wenn wir 3D drucken.“
– Leslie Penfield, Produktentwicklungsingenieur, Spirax Sarco Inc.

Dampfspezialist Spirax Sarco Inc. setzt auf hauseigenen 3D-Druck

Spirax Sarco Inc. entwickelt für seine Kunden Dampftechnologielösungen. Jetzt ist das Unternehmen in eine andere Drucktechnologie eingestiegen – diesmal steht aber die Steigerung der eigenen Unternehmensleistung im Vordergrund. SSI, die US-Tochter der britischen Spirax Sarco Engineering, ist in Blythewood (Bundesstaat South Carolina) ansässig und erzielte zuletzt einen Jahresumsatz von 100 Millionen Dollar. Die Bauteile des Unternehmens finden in Dampfheizungen und Verarbeitungsanlagen Anwendung. Kunden aus der Kraftfahrzeugindustrie und der Pflanzenölgewinnung sind Beleg für das weite Kundenfeld.

Die Herausforderung

Kostspielige Prototypen
Wer neue Produkte entwickelt, braucht zuerst Prototypen. Die damit verbundenen Kosten wurden SSI 2004 zu hoch. So kostete ein T-förmiger Steuerventil-Prototyp zwischen 600 und 800 Dollar. Bis der Formen- und Modellbauer im kostspieligen Stereolithographie-Verfahren den Prototypen fertig hatte, vergingen leicht zwei Wochen. Wenn sieben oder acht Konstruktionsvarianten erforderlich waren, kam SSI schnell auf eine Rechnung von 6.000 Dollar.

Die Lösung

3D-Druck in Eigenregie
Anfang 2005 wurde SSI auf ein vielversprechendes Verfahren aufmerksam, das sich noch unternehmensweit auszahlen sollte: die interne Fertigung von Prototypen mit einem 3D-Drucker. Dabei erstellt ein 3D-Drucker aus 3D-Daten (z. B. aus einer CAD-Datei) ein detailgetreues physisches Modell. Vom Prinzip her ist der Ablauf der gleiche wie beim Papierdrucker, der Textdokumente ausdruckt.

„Mit einem 3D-Drucker bauen wir die Varianten des gleichen Steuerventils über Nacht. Das kostet gerade einmal 50 Dollar. Wir sparen uns eine Menge Geld und wochenlanges Warten und können außerdem viel mehr Zwischenversionen entwickeln“, freut sich Leslie Penfield, Produktentwicklungsingenieur bei SSI. „Wir können jetzt mehr Designprofile und Flussmuster testen (Gewinde lassen sich beim 3D-Druckteil genauso gut bohren wie bei einem Stereolithografie-Teil) und entwickeln das Teil genau nach unseren Vorstellungen. Anschließend genehmigen wir den Formenbau.“

SSI gab dem ZPrinter® 310 der Z Corporation (Burlington, Bundesstaat Massachusetts) den Vorzug vor Druckern von Stratasys und Objet. Ausschlaggebend waren seine Vielseitigkeit, die Fertigungsqualität, der Preis und die niedrigen Betriebskosten. Penfield ist von der Vielseitigkeit des ZPrinter begeistert: „Wir haben uns letztlich deshalb für den ZPrinter entschieden, weil er in so vielen unterschiedlichen Anwendungsgebieten einsetzbar ist: Prototypen, Flussanalyse, und sogar für Vertrieb, Marketing und Messen kann man ihn gebrauchen. Im Vergleich zu den anderen Fabrikaten ist er einfach vielseitiger, und das bei einem wesentlich niedrigeren Anschaffungspreis.“

Die Investition in den 3D-Drucker ist Teil einer umfassenden Strategie, mit der SSI die Produktentwicklung verschlanken möchte. Zu nennen wären in diesem Zusammenhang insbesondere die 3D-CAD-Softwareprodukte SolidWorks® und CFdesign® (eine Software zur Analyse von Wärmeübertragungsvorgängen), mit denen Modelle in virtuellen Simulationen verbessert werden.

Das Ergebnis

Kürzere Entwicklungszyklen, bessere Produkte, mehr Absatz
Mit der Software und dem 3D-Drucker haben wir unseren Entwicklungszyklus um 25 bis 30 Prozent verkürzt“, erklärt Penfield. „Früher war jeder Produktentwicklungsschritt eine kleine Feuertaufe: Wir entwickelten am PC einen Prototypen, dann wurde gefräst und gedreht, das Design überarbeitet, wieder gefräst und gedreht und so weiter, bis das Bauteil produktionsreif war. Jetzt können wir das Bauteil gleich so gestalten, wie wir es haben wollen, wir drucken ein paar Prototypen und müssen nur einmal fräsen und drehen.“

3D-Druck – mehr als nur Prototypherstellung
SSI entdeckte bald, dass sich der 3D-Drucker nicht nur für einfache Gipsmodelle anbietet. Im Oktober 2005 wurde damit begonnen, mit Hilfe des 3D-Drucks die Kosten für Präzisionsguss-Prototypen zu senken. SSI fertigt mit dem ZPrinter die Ausbrennmodelle selbst und braucht keine CAD-Entwürfe mehr an Werkzeug- und Formenbauer zu senden. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit um drei bis vier Wochen, und die 3.000 bis 5.000 Dollar für den Formenbauer bleiben im Unternehmen. Letztendlich reduzieren sich die Kosten für einen Prototypen dadurch von 5.000 Dollar auf 8 Dollar. SSI versucht jetzt, ZPrinter-Formen für den Direktguss von Metallprototypen einzusetzen.

2006 begann SSI damit, mit dem ZPrinter Bauteile und Bauteilgruppen für Verkaufspräsentationen herzustellen. Nachdem mit dem ZPrinter Modelle des Steuerventils aus der neuen B Series gedruckt waren, wurden die Innenteile montiert, und schon konnten die Modelle an die Vertriebsniederlassungen versendet werden. Die Gewichtseinsparung ist enorm. Die echten Steuerventile sind knapp 20 kg schwer. Heute tragen die Vertriebsmitarbeiter Modelle mit sich, die nicht einmal 3 kg wiegen und innen sowie außen absolut identisch mit dem Original sind. Die Vorteile liegen für Penfield auf der Hand: „Unsere Vertriebsmitarbeiter verstauen das Modell einfach auf der Rückbank und können es überall hin mitnehmen.“

2006 begann SSI außerdem damit, maßstabsgetreue Modelle von Neuprodukten zu bauen. Ein Beispiel hierfür ist der Wärmetauscher EasiHeat, von dem Penfields Team für eine Ausschreibung aus Alaska ein maßstabsgetreues Modell anfertigte. Das Originalgerät misst ca. 1,80 x 1,20 x 1,50 m und wiegt fast eine halbe Tonne. Mit dem ZPrinter war es möglich, ein Modell vorzuzeigen, das ein Drittel der Originalgröße hatte. – Der Auftrag in Höhe von 600.000 Dollar ließ nicht lange auf sich warten. Das hatte vielleicht damit zu tun, dass die Konkurrenz nur Planzeichnungen vorlegen konnte.

2007 setzte SSI seine detailreichen Modelle erstmals auf Messen ein. Das auf ein Drittel der Originalgröße reduzierte Modell der Kondensatpumpe PTF4 konnte mit abnehmbaren Seitenwandungen gestaltet werden, die den Blick auf die Fluss-Regelmechanismen im Inneren der Pumpe freigaben. Die Originalpumpe (ca. 1,80 x 0,90-x 1,20 m) hätte dreimal so viel Standfläche beansprucht und wäre statt 9 kg stolze 270 kg schwer gewesen, ganz zu schweigen vom Personalaufwand für Auf- und Abbau am Messestand, Verpackung und Transport.

Dazu Leslie Penfield: „Allein schon mit dem Geld, das wir durch nicht mehr benötigte Stereolithographie und nicht mehr benötigen Präzisionsguss eingespart haben, hat sich der ZPrinter schon nach weniger als einem Jahr bezahlt gemacht. Zeit, Gewicht, Standgröße, Transportierbarkeit des Modells, Verkaufssteigerungen, verbessertes Design, allgemeine Kundenzufriedenheit – all das sind Faktoren, die den 3-Druck zu einer strategischen Lösung gemacht haben.“

„Die Arbeit mit dem ZPrinter ist für uns heute selbstverständlich und so unkompliziert und billig wie eine E-Mail, die ich ausdrucke. Wenn wir von einem Entwurf 10 Varianten brauchen, machen wir das einfach. Wir haben schon tausende Modelle gedruckt. Die Kosten sind im Vergleich zu den Erkenntnissen, die man anhand des Modells gewinnt, vernachlässigbar. Irgendwie profitiert das Unternehmen jedes Mal, wenn wir in 3D drucken. Eine feine Sache.“