Digitalisierung verkürzt Entwicklungszeit individueller Verpackungslösungen

Quelle: (© EAH Jena)

Problemstellung

Die Tillmann Verpackungen Schmalkalden GmbH im südthüringischen Steinbach-Hallenberg stellt individuelle Verpackungen aus Kartonagen und verschiedenen Kunststoffen nach Kundenangaben her. Jedes zu verpackende Objekt stellt andere Anforderungen. Das kann beispielsweise die zulässige Lage/Position, die Anzahl pro Verpackungseinheit und das Verpackungsmaterial betreffen. Im Idealfall erhält Tillmann von seinen Kunden von dem zu verpackenden Teil sowohl das digitale 3D-Modell (CAD-Daten), mit denen die Verpackungslösung erstellt, als auch ein reales Musterteil, mit dem die Verpackungslösung getestet werden kann. Damit ist der Entwicklungsprozess vergleichsweise kurz, denn die Verpackungsentwürfe können mit der eingesetzten branchenspezifischen Software in Kombination mit dem 3D-Modell des zu verpackenden Objektes dargestellt und mit Kunden online analysiert und optimiert werden. Zudem kann die Verpackungslösung mit Hilfe eines realen Musterteils geprüft und hinsichtlich Handling, Passgenauigkeit und Belastung (Qualitätskontrolle) getestet werden.

Im Regelfall erhält Tillmann jedoch von seinen Kunden entweder die CAD-Daten oder ein reales Teil. In beiden Fällen erhöht sich der Entwicklungsaufwand der Verpackungslösung deutlich.

Zielsetzung

Ziel des Projektes war es, für diesen Regelfall ein Konzept zu entwickeln und zu testen, wie durch den Einsatz von Scan- und 3D-Druck-Technik der Entwicklungsprozess einer Verpackungslösung digitalisiert, damit verkürzt und schließlich wirtschaftlicher gestaltet werden kann.

Projektbeschreibung

Das Projekt gliederte sich in zwei Teile:

Fall 1 „Kunde schickt nur ein reales Bauteil“

Um auf Basis der zu verpackenden Teile eine Verpackungslösung konstruieren zu können, ist ein 3D-Modell des Teils erforderlich. Dies kann durch einen 3D-Scan erstellt werden. Herausforderung ist jedoch, ein passendes Scansystem zu finden, das die Anforderungen erfüllt und gleichzeitig wirtschaftlich ist. Für die Auswahl einer geeigneten Scan-Lösung wurden zunächst die Anforderungen aufgenommen, dafür in Frage kommende Scan-Systeme gegenübergestellt und an ausgewählten Nutzerteilen verschiedene Tests durchgeführt. Die Auswertung der Testergebnisse zeigte, dass der Entwicklungsprozess deutlich beschleunigt werden kann. Jedoch ist die Auswahl eines passenden Scansystems mit Herausforderungen verbunden, da die Bandbreite an Objekten hinsichtlich Größe und Komplexität sehr groß ist und es sich oft um schwarze und weiße Teile mit glänzenden Oberflächen handelt. Diese Faktoren haben einen erheblichen Einfluss auf das Scanergebnis. Dennoch können durch die Digitalisierung der Daten weitere Mehrwerte generiert werden, die letztlich einen wirtschaftlichen Vorteil erbringen. So können u.a. durch die Möglichkeit, dem Kunden die Entwürfe online zu präsentieren und gemeinsam anzupassen, zeitaufwändige und kostenintensive Kundenbesuche reduziert werden.

Fall 2 „Kunde schickt nur die CAD-Daten“

Für den zweiten Fall – der Kunde schickt nur die CAD-Daten, aber kein reales Teil für Tests des Handlings, der Passgenauigkeit und Belastungen der Verpackung – zieht die Tillmann Verpackungen Schmalkalden GmbH die Anschaffung eines 3D-Druckers in Erwägung. Auch hier unterstützte die Modellfabrik bei der Vorauswahl durch die Aufnahme der Anforderungen und den Vergleich passender Systeme. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte, dass über die Anpassung des Düsendurchmessers und das Zerlegen von Objekten in mehrere Teile, die einzeln gedruckt und später z.B. durch Kleben wieder zusammengefügt werden, durchaus ein preiswertes System zum Einsatz kommen kann, da die Anforderungen u.a. an Genauigkeit und Geschwindigkeit vergleichsweise gering sind. Darüber hinaus hat die Analyse gezeigt, dass die 3D-Druck-Technik auch genutzt werden kann, um Hilfsmittel für die Produktion herzustellen.