Zurück zu den Suchergebnissen Fahrt auf einem coolen Fahrrad der Speed Concept 9-Serie

Trek-Prototypen eines Windkanals

Trek verkürzt Konstruktionszyklen mit 3D-Drucker von Objet

„Dank der Möglichkeit, Prototypen schnell zu drucken, konnten die Konstrukteure mehr experimentieren und trotzdem ihre Termine einhalten.“

— Mike Zeigle, Leiter der Prototyp-Entwicklungsgruppe bei Trek

Preisgekrönter Fahrradhersteller produziert nun viermal so viele Prototypen wie zuvor und verkürzt die Markteinführungszeit

Bei seiner Gründung im Jahr 1976 hatte Trek ein einfaches Leitbild: die besten Fahrräder der Welt zu bauen. Das Unternehmen hat im Laufe der Jahre zahlreiche Auszeichnungen für Konstruktion und Innovation gewonnen. Mike Zeigle leitet die Prototype Development Group von Trek, eine Gruppe von neun Fachleuten, denen eine Vielzahl von Tools zu Entwicklung von Prototypen zur Verfügung steht. Dazu gehören eine Maschinenabteilung mit fünf CNC-Bearbeitungszentren, eine Vollmetall-Fertigungs-/Schweißwerkstatt und seit einigen Jahren Dienstleistungsunternehmen zum Outsourcen von Stereolithografie-Aufträgen.

Der Prototypenbau spielt bei Trek in allen Phasen des Produktentwicklungszyklus eine entscheidende Rolle. Egal ob Industriedesigner, Maschinenbauingenieure, Grafiker oder Marketing-Mitarbeiter – sie alle arbeiten mit Prototypen, und so haben die Programmierer, Maschinisten und Schweißer bei Zeigle immer viel zu tun. Ihre Hauptaufgabe ist das Prototyping von Fahrradteilen, gelegentlich erstellen sie jedoch auch Prototypen für Werkzeugmodelle und Fahrradzubehör wie Schuhe und Helme.

3D-Bauteile einer FahrradmaskeAls Treks Ausgaben für Dienstleister eine Höhe von 275.000 US-Dollar pro Jahr erreichten, entschied der Leiter der Abteilung Engineering and Design, dass es an der Zeit sei, ein Rapid Prototyping-System für den hausinternen Gebrauch zu erwerben, und bat Zeigle um Vorschläge. Dieser sah sich zunächst nur SLA-, SD- und FDM-Anlagen an. Schnell schränkte er die infrage kommenden Systeme auf SLA ein, hatte jedoch immer noch Bedenken hinsichtlich Kosten, Platzbedarf und Wartungsanforderungen der Maschinen. Dann schlug ein Kollege das Objet Connex500 3D-Drucksystem vor – einen sauberen, für Büroumgebungen geeigneten 3D-Drucker, dessen Ergebnisse in puncto Qualität und Oberflächenbeschaffenheit den mit SLA gefertigten Bauteilen in nichts nachstehen.

Im Gegensatz zu den anderen von Zeigle in Erwägung gezogenen Technologien bietet der Objet Connex-Drucker die einzigartige Möglichkeit, Bauteile und Baugruppen aus mehreren Modellmaterialien mit unterschiedlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften in einem einzigen Arbeitsschritt zu drucken. Mit dem Objet Connex hergestellte Bauteile haben glatte und widerstandsfähige Oberflächen mit außerordentlich feinen Details. Das 3D-Drucksystem kann bewegliche Gelenke, weiche Bauteile und Formen drucken, für die mit anderen Technologien kein Prototyping möglich ist. Dank der hervorragenden Produktivität, hochwertigen Qualität und einzigartigen Möglichkeit zum Druck mehrerer Materialien können mit dem Objet Connex Optik, Haptik und Funktion außerordentlich vieler unterschiedlicher Endprodukte sehr gut nachgebildet werden.

Unlackierte, auf dem Objet 3D-Drucker gefertigte BauteileLaut Zeigle war die Tatsache, dass der Objet Connex-Drucker Digital Materials jetten, d. h. zwei Materialien zur Erzielung einer größeren Härte mischen kann, ein wesentliches Kaufargument, ebenso wie die Fähigkeit des Objet Connex-Druckers, zwei Materialien in einem einzigen Bauteil zu kombinieren. „Der Objet Connex war die einzige der von uns getesteten Rapid Prototyping-Maschinen, mit der mehrere Materialien und Härten in nur einem Arbeitsschritt verarbeitet werden konnten“, so Zeigle. „Mit SLA oder 3D-Druckern anderer Marken ist das nicht möglich, und so haben wir uns letztendlich für diese Lösung entschieden. Der Objet Connex hat meine Wahrnehmung des 3D-Drucks völlig verändert.”

Beeindruckt waren Zeigle und sein Team auch von der Qualität der Objet Connex-Bauteile. „Die Qualität und Oberflächenbeschaffenheit der mit dem Objet Connex erstellten Modelle ist genauso gut wie die der SLA-Bauteile, die wir von unserem Dienstleister bekommen“, erklärt Zeigle. “Und wir haben das Modell in nur wenigen Stunden – und zwar ohne umfangreichen Papierkram.”

Objet Connex ermöglicht bahnbrechende Konstruktion für neues Speed Concept Bike

Auf dem Objet Connex gefertigte, lackierte Endbauteile

Zeigles Team nutzt den Objet Connex-Drucker für praktisch jedes von Trek produzierte Fahrrad. Zuletzt spielte der Drucker eine wichtige Rolle bei der Einführung des neuen Speed Concept 9 Series-Bikes des Unternehmens – ein Zeitfahrrad, das bei der Tour de France und beim Iron Man Hawaii zum Einsatz kam. Seine einzigartige Rahmenkonstruktion zeichnet sich durch aerodynamische Querschnitte aus, die für einen geringeren Windwiderstand und eine höhere Geschwindigkeit sorgen. Nahezu jedes Teil der neuen Konstruktion wurde als Prototyp auf dem Objet Connex erstellt und dann vom Trek-Hauptsitz in Wisconsin an eine Windtunnel-Testanlage in Kalifornien geschickt – hier wurden Musterrahmen bei Windgeschwindigkeiten von 50 km/h und mehr getestet. 

„Die Konstrukteure hatten gerade im Hinblick auf den aerodynamischen Querschnitt verschiedene Ideen und wollten sehen, wie sich dies auf den Windwiderstand auswirkt“, erläutert Zeigle. “Also haben wir mehrere Teile auf dem Objet Connex gedruckt, die am Fahrradrahmen befestigt werden konnten, und dann den Test im Windkanal durchgeführt.” Das Team hat sogar dauerhafte Zubehörteile wie Wasserflaschen und Lunchboxen auf dem Objet Connex gedruckt, um die Testbedingungen realistischer zu gestalten. 

„Dank der Möglichkeit, mehrere Wiederholungen schnell zu drucken, konnten die Konstrukteure mehr experimentieren und trotzdem ihre Termine einhalten“, so Zeigle. Das Endergebnis stellte eine echten Durchbruch in der Fahrrad-Konstruktion dar – das Kamtail-Profil (Kamtail Virtual Foil), das bei den Medien große Beachtung fand.

Vor dem Erwerb des Objet Connex bestanden die Prototyp-Bauteile des Trek-Teams aus Aluminium oder dichtem Schaum. Sie wurden mit den CNC-Zentren in der Maschinenabteilung der Firma gefertigt und dann mit SLA-Teilen kombiniert, die von einem externen Dienstleister bezogen wurden. Laut Zeigle sah der Zeitrahmen bei diesem Ablauf ganz anders aus, da die Erstellung eines CNC-Teils eine ganze Woche oder sogar noch länger dauern kann, und auch auf SLA-Prototypen u. U. mehrere Tage gewartet werden muss. Dagegen beträgt die Lieferzeit für ein hausintern auf dem Objet 3D-Drucker gefertigtes Modell i. d. R. noch nicht einmal einen Tag. Gemäß Lupe Ollarzabal, dem Techniker, der den Objet Connex-Drucker bei Trek bedient, konnte die Produktivität durch den hausintern verfügbaren Objet Connex erheblich gesteigert werden. “Dank unseres Objet Connex können wir entweder die Markteinführungszeit für ein neues Produkt verkürzen oder ein
besseres Produkt auf den Markt bringen – in vielen Fällen sogar beides“, so Ollarzabal, den Zeigle als DIE Anlaufstelle für Konstrukteure bezeichnet, die schnell ein Prototyp-Bauteil benötigen. „In jedem Fall gewinnen sowohl wir als auch unsere Kunden. Wenn die Zeit knapp ist, hilft uns dieser Drucker wirklich weiter.”

Die Trek-Konstrukteure sind vom Objet Connex begeistert – anstatt tage- oder sogar wochenlang auf ihre Prototypen zu warten, halten sie ein Modell nun nach gerade einmal 30 Minuten in Händen. Der Prototypenbau wird auch viel öfter durchgeführt. „75 Prozent der von uns erstellten Prototypen sind mittlerweile Bauteile, bei denen wir früher nie ans Prototyping gedacht hätten“, erklärt Zeigle. “Als wir noch auf Outsourcing oder unseren hausinternen Fräsbetrieb gesetzt haben, war es einfach zu teuer und zeitaufwändig, viele Prototypen zu erstellen.” Zeigle merkt außerdem an, dass mit dem Objet Connex Fehler bei der Werkzeugbereitstellung, die den Zeitplan der Produkteinführung um Wochen oder Monate verzögern können, deutlich verringert wurden.

Laut Zeigle läuft der Objet Connex-Drucker bei Trek heutzutage beinahe ununterbrochen. „Zunächst hatten wir eine Teilzeitkraft für die Bedienung des Objet 3D-Druckers“, erinnert sich Zeigle. „Innerhalb von sechs Monaten war daraus ein Vollzeitjob geworden, denn die Konstrukteure erstellten immer mehr Prototypen. Wenn wir noch mehr zu tun bekommen, kommt irgendwann der Zeitpunkt, an dem wir eine weitere Schicht fahren oder einen zusätzlichen Objet Connex kaufen müssen, vielleicht sogar beides. Unsere derzeitige Maschine läuft den ganzen Tag, die ganze Woche und manchmal sogar am Wochenende.”

„Der Service von Stratasys war exzellent“, sagt Zeigle und fügt hinzu: „Ich wünschte, all unsere Lieferanten wären so kooperativ wie Stratasys. Auf einer Skala von 1 bis 10 sind sie eine glatte 10.”

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