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HP Inc. beherrscht weltweit den größten Teil des stark umkämpften Druckermarkts. Forschung und Entwicklung sowie Design der Druckermodelle der nächsten Generation spielen daher eine entscheidende Rolle für den internationalen Technologieriesen (Jahresumsatz 50 Mrd. US$), um diese Position zu halten und auszubauen.
Im letzten Jahr betrug der Anteil von HP in diesem Markt über ein Drittel, wie eine Studie der International Data Corporation (IDC) ergab. IDC beobachtet den weltweiten Markt für „Hardcopy Peripherals“ und meldete, dass HP im vierten Quartal 2016 über einen Marktanteil von 36,1 Prozent verfügte. Canon lag mit 23,1 Prozent an zweiter Stelle.
Vor Kurzem wandte sich ein Team von HP-Ingenieuren und -entwicklern, die an neuen Tintenstrahldruckern und -patronen für Verbraucher und Unternehmen arbeiten, an Protolabs: Man wollte den Designzyklus verkürzen, und dieser Express-Hersteller ist in der Lage, Teile innerhalb weniger Tage zu liefern und aus einem von und für HP entwickelten Werkstoff zu fertigen.
Verschiedene Teile, wie zum Beispiel diese Rahmenkomponente, wurden für HP produziert. Die Druckermodelle befinden sich in der Entwicklungsphase, und das Design kann sich noch ändern. Das Modell der nächsten Generation wird noch unter Verschluss gehalten.
Herausforderung für die Entwicklung: Schnelle Erstellung funktionsfähiger Prototypen aus für den Endgebrauch vorgesehenen Materialien
HP hat seine Firmenzentrale in Palo Alto, Kalifornien und verfügt über Standorte auf der ganzen Welt. J. D. Hankins, Ingenieur für die Neuprodukteinführung, gehört zu einem Team für Produktinnovationen in Corvallis, Oregon, USA.
Dieses Team ist laut Hankins „Inkjet-fokussiert“ und arbeitet schwerpunktmäßig an Produkten und Teilen, die mit Tinte in Berührung kommen. Daher ist es während der Entwicklungs- und Designphase besonders wichtig, dass die Prototypen aus den gleichen Werkstoffen wie die für den Markt bestimmten Endprodukte bestehen.
Und weil ein Design in der Entwicklungsphase gewöhnlich mehrere Iterationen durchläuft, ist die Schnelligkeit der Prototypenherstellung von entscheidender Bedeutung.
Fertigungslösung: Integrieren „exotischer Kunststoffe“ in den Spritzgusszyklus
Dafür suchte Hankins einen Hersteller, der schnell liefern kann und über die technische Expertise verfügt, Teile aus speziellen, vom Kunden bereitgestellten Werkstoffen zu formen. HP arbeitet mit „exotischen technischen Kunststoffen“, die wir zusammen mit unseren Werkstofflieferanten entwickelt haben“, erklärte Hankins. „Diese Werkstoffe verfügen über die für unsere Komponenten erforderliche hohe Wärmeformbeständigkeit“, denn Druckerteile können heiß werden. Zu diesen Materialien gehören kundenspezifische Formulierungen von Thermoplasten wie PET, ein glasfaserverstärktes PETG, ein transparentes PET und weitere Kunststoffe und Mischungen.
Wie diese Infografik zeigt, hat der Rapid-Prototyping-Service von Protolabs dazu beigetragen, den Designzyklus bei HP von den üblichen 6 bis 8 Wochen auf 15 Tage oder weniger zu reduzieren.
Die Wahl fiel auf Protolabs, denn dieses Unternehmen kann die Teile schnell und aus den von HP bereitgestellten speziellen Kunststoffen fertigen. Erfahrene Anwendungs- und Formentechniker bei Protolabs, die den Spritzguss als eine Kunst und Wissenschaft verstehen, arbeiten an der Steuerung der verschiedenen Prozessvariablen, die bei von Kunden beschafften Werkstoffen ins Spiel kommen. Zur Bewertung dieser Variablen prüft das Protolabs-Teams verschiedene Unterlagen, darunter das Materialsicherheitsdatenblatt (MSDS) und die technischen Daten zur Formenbearbeitung, damit gewährleistet ist, dass das bereitgestellte Material für die Prozesse von Protolabs geeignet und für die Mitarbeiter unschädlich ist.
„Dass wir diese Werkstoffe in der Phase der Prototypenschnellfertigung verwenden können, ist für uns enorm wichtig“, erklärte Hankins. „Das ist so ziemlich einzigartig. In der Vergangenheit konnten wir maschinenbearbeitete Teile verwenden, aber das ist nicht das Gleiche, das Finish ist nicht immer gleich.“
Er fügte hinzu: „Für uns bei HP war es eine große Erleichterung, dass wir Teile aus den Werkstoffen, die wir für die Endfertigung verwenden werden, so schnell erhalten können.
Für HP wurden schon verschiedene Teile wie Rahmenkomponenten produziert, aber weil sich die Druckermodelle noch in der Entwicklungsphase befinden, sind noch Designänderungen zu erwarten. Das Modell der nächsten Generation wird noch unter Verschluss gehalten.
Die Zusammenarbeit mit Protolabs verlief reibungslos, so Hankins. Der Prozess begann mit dem Hochladen einer CAD-Datei auf das Angebotssystem von Protolabs, um Preisinformationen und Feedback zum Design zu erhalten.
„Für uns bei HP war es eine große Erleichterung, dass wir Teile aus den Werkstoffen, die wir für die Serienfertigung verwenden werden, so schnell erhalten können.”
„Dass man alles online abwickeln kann und dann innerhalb von Stunden ein Angebot bekommt, ist einfach beispiellos“, meinte Hankins. „Gewöhnlich haben wir Mühe, von Standard-Spritzgussanbietern innerhalb von drei bis fünf Tagen ein Angebot zu erhalten.“
Resultat: Entwicklungszeit drastisch verkürzt
Hankins erklärte, alle Teile seien pünktlich geliefert worden, die Kommunikation mit den Anwendungstechnikern und anderen Mitarbeitern von Protolabs sei „superb“ gewesen, und alle Teile hätten erwartungsgemäß funktioniert.
“Normalerweise, erklärte er, müssten für den Bau einer Spritzgussform sechs bis acht Wochen oder sogar noch mehr veranschlagt werden, und dann noch weitere zwei für ihre Entwicklung und Bearbeitung. Im Gegensatz dazu habe Protolabs die erforderliche Zeit auf „zwei Wochen oder weniger“ reduziert.”
Aber der wichtigste Vorteil war für Hankins die Fertigungsgeschwindigkeit: „Protolabs verkürzt unsere Entwicklungszyklen und reduziert ihren zeitlichen Rahmen". Normalerweise, erklärte er, müssten für den Bau einer Spritzgussform sechs bis acht Wochen oder sogar noch mehr veranschlagt werden, und dann noch weitere zwei für ihre Entwicklung und Bearbeitung. Im Gegensatz dazu habe Protolabs die erforderliche Zeit auf „zwei Wochen oder weniger“ reduziert.
Einstweilen befänden sich die für HP gefertigten Prototypen „strikt in der Entwicklungsphase", erklärte Hankins, und seien Teil eines längeren Produktentwicklungszyklus, der zwei Jahre oder länger dauern könne. Hankins erwartet, dass Protolabs auch künftig eine wichtige Rolle als Lieferant spielen wird, während sein Team am „Testen von Druckern, Testen von Patronen und Testen von Ideen“ arbeitet.
Firmenprofil Proto Labs
Proto Labs ist einer der weltweit schnellsten Hersteller von individuellen Prototypen- und Kleinserienteilen. Die firmeneigene Software und die automatisierten Systeme verwandeln 3D-CAD-Modelle in Befehle für Hochgeschwindigkeits-Fertigungsanlagen, die Teile mittels 3D-Druck, CNC-Bearbeitung oder Spritzguss innerhalb weniger Tage herstellen. Die Fertigung mittels 3D-Druck von Proto Labs dient zur Herstellung komplexer Prototypen und Teile für den Endgebrauch aus einer Auswahl an Werkstoffen aus Kunststoff und Metall. Mit dem CNC-Bearbeitungsdienst des Unternehmens können Teile aus technischen Kunststoffen und Metall innerhalb von bis zu drei Arbeitstagen in der Größenordnung von 1 bis über 200 Stück gefräst oder gedreht werden. Bei größeren Mengen kann Proto Labs bis zu 10.000 Teile oder mehr aus einer umfassenden Auswahl an thermoplastischen Kunststoffen in weniger als 15 Arbeitstagen spritzgießen. Der Katalysator hierfür ist ein automatisiertes Angebotssystem, das eine Designanalyse und Preisinformationen innerhalb weniger Stunden nach Hochladen eines 3D-CAD-Modells bietet.