Qualitätskontrolle verbessern: 3D-gedruckte Werkzeuge erhöhen die Fertigungspräzision

Gut gestaltete Vorrichtungen und Spannmittel treiben schlanke, effiziente Produktion, doch der dafür nötige Engineering-Aufwand kann kleinere Betriebe bremsen. Markforged zeigt, wie seine Mark Two Drucker Qualitätskontrolle transformieren, indem sie hochleistungsfähige Werkzeuge in 3D-gedruckter Form erstellen.

Jeder Markforged-Drucker wird von einem strengen Qualitätskontrollprozess begleitet, der verifiziert, dass jedes Subsystem unsere Präzisions-Engineering-Standards erfüllt. Während diese gründliche Tests Zuverlässigkeit garantieren, fügt sie auch Zeit zum Fertigungszyklus hinzu und begrenzt unsere Fähigkeit, schnell auf Nachfrageänderungen zu reagieren. Als schnell wachsendes Unternehmen ist Agilität essenziell. Wir verfolgen daher einen ausgewogenen Ansatz: Subsysteme effizient validieren und Engineering-Aufwand nur dort investieren, wo er den größten Nutzen bringt. 3D-Druck unserer Vorrichtungen und Spannmittel lässt uns Prototypen, Tests und Verbesserungen zu einem Bruchteil der Kosten und Zeit traditioneller Zerspanung einsetzen.

Ein Paradebeispiel ist unsere Nylon-Extruder-Vorspann-Kalibrierungsvorrichtung. Der Extruder ist eine Kernkomponente des Fused Filament Fabrication (FFF) 3D-Drucks. Für einen knappen Überblick der Extruder-Mechanik siehe den detaillierten Guide von RepRap Squad.

Konsistente Druckqualität hängt davon ab, dass jedes Extruders „Klemmsystem“ eine Kraft innerhalb unserer Toleranz ausübt. Diese Kraft stammt aus einem Federpaar, dessen Vorspann justiert werden kann. Initial kalibrierten wir Extruder spät in der Montage mit einer von Phillip, einem auf Maschineninstrumentierung spezialisierten Maschinenbauingenieur, entworfenen Vorrichtung. Die aus Wasserstrahl-geschnittenen und bearbeiteten Teilen bestehende Vorrichtung hatte eine zweiwöchige Lieferzeit, erforderte On-Site-Modifikationen und oft Nacharbeit auf unserer hausinternen CNC-Fräse. Zudem benötigten die meisten Extruder unseres Lieferanten Anpassung, und die Messung im eingebauten Zustand am montierten Drucker war umständlich und bremste die Produktion. Wir entschieden uns für eine Vorrichtung, die einen Batch eingehender Extruder schnell testen kann, während Justierschrauben zugänglich bleiben.

Wesentliche Designziele: 1) Schnelles Ex-situ-Validierungstool für Batch-Kalibrierung; 2) Poka-Yoke-Mechanismus, damit der Extruder nur in einer Orientierung passt, Fehlkalibrierung verhindernd; 3) Kompaktes 12"×12" Footprint für unseren Fertigungsboden.

Bennett, ein weiterer unserer Maschinenbauingenieure, lieferte die finale Vorrichtung. Das System zentriert sich um ein Omega DFG35 Kraftmessgerät. Der Extruder gleitet in eine Aufnahme; ein federndes, schwimmendes Idyllrad leitet Kraft auf die Messsonde. Das Messgerät ist auf einer Linearschiene montiert, sodass es sich frei entlang der Idyllachse bewegen kann. Eine Daumenschraube mit schwimmendem Kopf, durch eine einschmelzbare Messinghülse geschraubt, drückt das Messgerät in das Idyllrad ohne Drehmoment einzubringen.

Bennett integrierte mehrere 3D-Druck-spezifische Features. Mit unserer „Fiber Striping“-Technik fügte er alle 20–40 Lagen Faserverstärkung hinzu, was ein Teil ergibt, das sowohl außergewöhnlich stark als auch materialeffizient ist. Die Extruder-Aufnahme wurde als einzelnes Teil gedruckt – eine Geometrie, die mehrere kostspielige CNC-Setups erfordert hätte.

Heute steht die Vorrichtung in unserer Fertigung und ermöglicht einen gestrafften Qualitätskontroll-Workflow, der Technikerzeit spart und uns erlaubt, mehr Mark Two Drucker an Kunden auszuliefern.