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Schneider Electric designs.
Case Study

Schneider Electric ebnet den Weg für die Industrie 4.0 mit Stratasys FDM Technologie

August 20, 2020

Embracing the technology of the future with the help of Stratasys 3D printers.

Schneider Electric ist ein globaler Hersteller und Anbieter effizienter und nachhaltiger Lösungen im Bereich Energie und digitale Automatisierung. Das Unternehmen kombiniert modernste Energietechnologien, Automatisierung in Echtzeit, Software und Service zu integrierten Lösungen für Häuser, Gebäude, Infrastrukturen und Datacenter. Schneider Electric macht sich das Konzept der Industrie 4.0 zu eigen und hat begonnen, es mit dem Projekt „Smart Factory” in großem Maßstab umzusetzen. Der strategische Schritt soll die Effizienz der Produktion verbessern und Kosten reduzieren sowie den Wettbewerbsvorteil des Unternehmens und seine Innovationskraft stärken. Additive Fertigung spielte bei dem Programm von Beginn an eine entscheidende Rolle, um dieses Ziel zu erreichen.

Additive Fertigung hat unsere Arbeitsweise verändert – und unsere gesamte Einstellung in Bezug darauf, wie wir Dinge in Zukunft tun werden.

Assembly-line tool 3D printed in ABS, designed to hold switches during production process.
Assembly-line tool 3D printed in ABS, designed to hold switches during production process.

Schneider Electric setzt die F170 für eine Reihe von Produktionsanwendungen ein, darunter Fließbandwerkzeuge, Werkzeuge und Vorrichtungen, Robotergreifer und andere Greif-Werkzeuge, die zuvor an Dritte ausgelagert und mit teuren Spritzguss- oder CNC-Verfahren hergestellt wurden. Vorher nutzte das Unternehmen verschiedenes Werkzeug aus Aluminium und nun verwendet sie die Stratasys Materialien PLA, ABS und ASA. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Greifern für Roboterarme. Mit Hilfe des 3D-Druckers F170 entdeckte das Team eine Methode, mit der sich nicht nur die Leistung der Roboter verbessern, sondern auch erhebliche Kosteneinsparungen erzielen lassen.

 

„Bei Aluminiumteilen der Gussform ist es keine Seltenheit, dass sie bei einer Kollision zerbrechen; und dann wird der Ersatz sehr kostspielig”, erklärte Otamendi. „Um das zu umgehen, können wir jetzt kostspielige Aluminiumgreifer für Roboterarme durch 3D-gedruckte Alternativen aus PLA ersetzen.”

 

Das 3D-gedruckte Werkzeug bietet die gleichen mechanischen Leistungsmerkmale wie das herkömmliche Werkzeug und dient dem Schutz von teureren Aluminiumteilen, wenn die Formen miteinander kollidieren. „Sollte das 3D-gedruckte Werkzeug brechen, können wir innerhalb weniger Stunden schnell einen kostengünstigen 3D-Druckersatz herstellen. Um einen Eindruck von den Kosteneinsparungen zu erhalten: Die Auslagerung eines zerspanten Greifers kostete uns normalerweise etwa 200 Euro pro Werkzeug. Jetzt können wir es per 3D-Druck bedarfsgerecht für etwa 100 Euro pro Stück fertigen”, so Otamendi.

 

Mit der F170 kann das Team auch je nach Bedarf individuelles Werkzeug entwickeln und erstellen. Per 3D-Druck fertigten sie verschiedene maßgeschneiderte Fließband-Werkzeuge mit Hohlraumeinsätzen, um wichtige Teile während der Produktion festzuhalten und so optimale Effizienz und Präzision zu gewährleisten.

 

„Eine weitere großartige Anwendung sind die Werkzeuge, die für unsere Handpressen verwendet werden - wir sind in der Lage, sowohl den unteren als auch den oberen Teil des Werkzeugs zu entwerfen und in 3D zu drucken, zugeschnitten auf jedes spezifische Endprodukt, um die Leistung zu erhöhen”, sagte Otamendi.

 

„Wir können unser Fertigungswerkzeug nicht nur effizient im eigenen Unternehmen fertigen, sondern auch genau die erforderliche Form, Größe und Menge des benötigten Werkzeugs konstruieren.”

 

Neben einem stärker optimierten Produktionsablauf führte die Integration additiver FDM-Technologie nach Ansicht von Otamendi zu erheblichen Kosteneinsparungen und einer verkürzten Produkteinführungszeit in Schlüsselbereichen.

 

„Im vergangenen Jahr haben wir durch den Einsatz der additiven FDM-Fertigung von Stratasys alleine bei der Herstellung von Fließbandwerkzeugen eine Einsparung von etwa 20.000 Euro erzielt”, sagte er. „Die Zeiteinsparung ist uns als Unternehmen genauso wichtig. Mit der F170 haben wir die Möglichkeit, neue Hochleistungswerkzeuge in nur einem Tag herzustellen, während es früher mindestens eine Woche gedauert hätte, die gleichen Werkzeuge auszulagern. Das reduziert unsere Abhängigkeit von Lieferanten und bietet uns sehr viel mehr Kontrolle über den Werkzeugbau, der aufgrund der allgemeinen Flexibilität unseres Fertigungsverfahrens gestiegen ist und die Markteinführung vieler Produkte beschleunigt hat.”

Ein hervorragendes Beispiel hierfür ist das Werk von Schneider Electric in Puente la Reina im spanischen Navarra. Dieser Unternehmensbereich von Schneider Electric España SA beschäftigt rund 250 Mitarbeiter und ist auf die Herstellung und Montage von elektrischen Geräten und Anlagen spezialisiert, darunter Lichtschalter, Steckdosen und andere ähnliche Produkte der Produktreihen New Unica, Odace und Ovalis. Da die Effizienzsteigerung im Mittelpunkt des Wertversprechens steht, stand das Werk stets an der Spitze der Innovation innerhalb der Konzerngruppe und war eines der ersten, das die Automatisierung in seine Fertigungsinfrastruktur integrierte. Das Team in Puente la Reina machte sich die Smart-Factory-Initiative von Anfang an vollständig zu eigen und beschleunigte seinen Wandel hin zur Industrie 4.0 durch die Nutzung industrietauglicher additiver Fertigung.

 

„Die inhärenten Vorteile der additiven Fertigung für eine kosteneffiziente Kleinserienproduktion machten sie zur idealen Lösung für unseren Werkzeugbedarf. Da viel ausgelagert wurde, fanden wir, dass dieser Bereich eine riesige Chance bietet, um die Effizienz zu erhöhen”, erläuterte Manuel Otamendi, Industrialization and Maintenance Manager – Global Supply Chain im Werk von Schneider Electric in Puente la Reina. Nachdem wir verschiedene 3D-Drucktechnologien getestet hatten, beschloss das Team, in die Stratasys FDM-Technology™ zu investieren. „Unserer Ansicht nach war diese Produktionsmethode am zuverlässigsten und am besten reproduzierbar, um in unserem Werk verschiedene Fertigungswerkzeuge per 3D-Druck herzustellen.”

 

Daher nahm Schneider Electric Kontakt mit Pixel Sistemas auf, der lokale Vertriebspartner von Stratasys, um einen Stratasys F170™ zu erwerben – ein kostengünstiger, industrietauglicher FDM-3D-Drucker. Das umfassende Sortiment der industrietauglichen Thermoplaste eignet sich bestens für Design- und Produktionsanwendungen. Der 3D-Drucker wurde sofort eingesetzt und wurde zu einer grundlegenden Stütze im Werk des Unternehmens.

 

„Wir haben die F170 gekauft, um Werkzeuge in begrenzter Anzahl herzustellen. Als das Gerät in Betrieb war, merkten wir aber, wie fortschrittlich es ist und dass wir das Potenzial hatten, ihren Einsatz auf ein viel breiteres Spektrum von Werkzeuganwendungen in der gesamten Produktionslinie auszudehnen”, erläutert Otamendi. „Inzwischen bringen wir jetzt über 100 neue Designs pro Jahr auf den Markt.”

Schneider Electric designs.
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Schneider Electric relies on the F170 for a range of production applications, including assembly-line tools, jigs, fixtures, robot grippers and other end-of-arm tools – all of which were previously outsourced to third parties and produced using expensive injection molding or CNC processes. The company uses Stratasys PLA, ABS and ASA materials to replace a wide array of previously aluminum tools. One such example is the production of grippers for robotic arms. Leveraging its F170 3D Printer, the team discovered a method to not only improve the performance of the robots, but also secure major cost savings.

“It’s not uncommon for aluminum parts of the mold to break when they collide, and when they do, be very expensive to replace,” explained Otamendi. “To circumvent this, we are now able to replace costly aluminum grippers for robotic arms with 3D printed alternatives using PLA.”

The 3D printed tool offers the same mechanical performance properties as the traditional tool, and helps protect more expensive aluminum parts when the molds collide.

“Should the 3D printed tool break, we can quickly 3D print a lowcost replacement within hours. To put the costsaving into perspective - outsourcing a machined gripper used to cost us 200 euros per tool. Now we can 3D print one on-demand for around 100 euros each,” Otamendi said. The F170 also lets the team design and implement customized tooling on-demand.


They have 3D printed various customized assemblyline tools with cavity inserts to hold key items in place during production, ensuring optimal efficiency and precision.

“Another great application are the tools used for our hand presses – we’re able to design and 3D print both the bottom and upper part of the tool, tailored to each specific final product to increase performance,” said Otamendi. “Not only are we able to efficiently produce our manufacturing tools in-house, but we now also have the capability to design the tools we need in the exact shape, size and quantity required.”

In addition to the more streamlined production workflow, Otamendi believes integrating FDM technology has led to significant cost savings and reduced time-to-market in key areas.

“In the past year, using Stratasys FDM additive manufacturing we’ve achieved a saving of about €20,000 in the production of assembly-line tooling alone,” he said. “The time-savings are equally important to us as a business. Using the F170 we’re able to produce new highperformance tools in just one day, whereas it would have taken at least one week to outsource the same tools previously. This reduces our dependency on suppliers and gives us much more control over tool production, which has increased the overall flexibility of our manufacturing process and accelerated our timeto-market for many products.”


These significant operational efficiencies led to high-level acknowledgement from the wider Schneider Electric business. As part of the Smart Factory program, the plant in Puente la Reina won the internal European-wide Schneider Electric competition for the large quantities of 3D printed manufacturing tools produced, the outstanding time and cost savings achieved, and its contribution to accelerating the plant’s Industry 4.0 transformation. The team plans to continue leveraging their F170 to further optimize the tooling process, but is also exploring other high-performance FDM materials for end use parts. Otamendi sees increasing applications for the technology, and believes it will play an important role in the plant’s digital transformation goals.
A prime example of this is Schneider Electric’s plant in Puente la Reina, located in Navarra, Spain. A division of Schneider Electric España SA employing around 250 people, this facility specializes in the manufacture and assembly of electrical apparatuses and equipment, including light switches, sockets and other related products of New Unica, Odace and Ovalis ranges. With efficiency enhancement central to its value proposition, the plant has always been at the forefront of innovation within the group and was one of the first to incorporate automation within its manufacturing infrastructure. Fully embracing the Smart Factory initiative from the outset, the team at Puente la Reina turned to industrial-grade additive manufacturing to speed up its Industry 4.0 transformation.

“The inherent benefits of additive manufacturing for cost-effective, low volume production made it the ideal solution for our tooling needs. This is an area where we saw huge opportunity to optimize efficiencies given much of it was outsourced,” explained Manuel Otamendi, Industrialization and Maintenance Manager – Global Supply Chain at Schneider Electric’s Puente la Reina plant.

After testing several 3D printing technologies, the team decided to invest in Stratasys FDM Technology™. “We found it provided the most reliable and repeatable production method for 3D printing a range of manufacturing tools on the factory floor.”

As a result, Schneider Electric approached Stratasys’ local partner, Pixel Sistemas, to purchase a Stratasys F170™ – a cost effective, industrial grade FDM 3D printer. The large range of engineering-grade thermoplastics available are ideal for both design and production applications. The 3D printer was put to work immediately and became a staple workhorse on the company’s factory floor.

Otamendi explained, “We bought the F170 to produce a limited number of tools, but once we got it up and running, we realized how advanced it was and the potential to extend its use to a much wider range of tooling applications across the production line. We’re now cranking out over a hundred new designs a year.”

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