EU-Förderung für neue Wege bei Kleinserienherstellung

Hachtel und Cubicure erhalten EU-Innovationsförderung für die schnelle Herstellung zertifizierter Kleinserien und Ersatzteilen mit 3D-Druck.

F. & G. Hachtel hat eine EU-Förderung für Innovation und Forschung erhalten, und nicht irgendeine: Das Programm „SME Horizon 2020“ fokussiert auf disruptive Technologien, also auf Anwendungen, die eine komplette Umstrukturierung traditioneller Geschäftsmodelle, Produkte oder Dienstleistungen bewirken. Unterstützt werden hierbei KMU und Start-ups bei der Markteinführung ihrer Innovationen. Mit dem Kooperationspartner Cubicure, einem Entwickler additiver Fertigungstechnologien aus Österreich, teilt sich das Aalener Unternehmen, das 50 Mitarbeiter beschäftigt, eine Fördersumme von 2 Mio. EUR.

„In Sachen Innovation sind wir mit dieser Förderung in der Champions League angekommen“, erklärt Geschäftsführer Steffen Hachtel stolz. „Wir gehören jetzt zu einem Pool von 4.000 Top-Firmen aus europäischen Staaten, die seit 2014 quer durch alle Wirtschaftsbereiche von der EU durch die Zuteilung ‚geadelt‘ wurden – und sind dabei vermutlich der einzige deutsche Werkzeug- und Kunststoffspezialist.“

In dem konkreten Förderprojekt konnten Hachtel und Cubicure im vergangenen Jahr überzeugend darlegen, wie sie künftig mit Hilfe von 3D-Druckern schnell zertifizierte Kleinserien auflegen wollen. „Wir haben uns neben dem Kunststoffspritzguss und dem Werkzeug- und Formenbau ein neues Geschäftsfeld erschlossen“, erklärt Steffen Hachtel. „Mit der additiven Fertigung können wir in kürzester Zeit Bauteile produzieren und bieten dabei die gesamte Qualifizierung und das Know-how eines traditionellen Herstellers.“

Wie kam es zu der ungewöhnlichen Zusammenarbeit eines schwäbischen Mittelständlers mit Cubicure, einem Spin-off der TU Wien? Die Anfänge reichen zurück ins Jahr 2017. Steffen Hachtel verfolgte die Neuerungen im Bereich der additiven Fertigung und hatte schon von dem innovativen Verfahren aus Österreich gehört. Auf der Messe Formnext in Frankfurt stieß er auf den Cubicure-Stand und ließ sich die Hot-Lithography-Technologie erklären, die in Wien am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie und am Institut für Angewandte Synthesechemie entwickelt worden ist.

Bei dem Verfahren werden Materialien auf Basis von Photopolymeren werden mit lichthärtenden Systemen im Drucker verarbeitet. Cubicure stellt dafür sowohl die Werkstoffe her als auch die Druckanlagen – derzeit das Eigenprodukt Caligma 200. „Maschine und Medium zu trennen – so zeigen die Beispiele anderer Firmen – führt nicht zu optimalen Ergebnissen“, sagt Dr. Markus Pfaffinger, Leiter Business Development bei Cubicure.

Im November 2017 forderte Steffen Hachtel Muster an, im Dezember bestellte er für 180.000 EUR als erstes deutsches Unternehmen eine Caligma 200. „Ich habe mich für Cubicure entschieden, weil das Unternehmen mit seiner Hot Lithography eine besonders hohe Zähigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit im Material hinbekommt. Außerdem ist Cubicure höchst flexibel bei der Entwicklung neuer Werkstoffe mit spezifischen Eigenschaften“, sagt Steffen Hachtel.

Bei Cubicure herrscht ebenfalls große Zufriedenheit über die fruchtbare Zusammenarbeit. „Als Steffen Hachtel auf uns zukam, war das ein absoluter Wunschpartner“, berichtet Pfaffinger. „Zum einen hatte er schon Erfahrung mit 3D-Druck und wusste, welche Lösung er braucht. Zum anderen überzeugt er mit seinem sehr breiten Know-how in der Werkzeugfertigung und in der Spritzgusstechnologie – Steffen Hachtel weiß über die Verarbeitung und das Verhalten von Kunststoffen bestens Bescheid.“ Und das sei extrem wichtig. Schließlich übernimmt Hachtel in der Kooperation einen weiteren wesentlichen Part: die Qualitätssicherung.

Gemeinsam identifizierten die Unternehmen Geschäftsfelder, bei denen sie die von ihnen angebotene Gesamtlösung schlüssig darstellen konnten, beispielsweise die Bereitstellung von Ersatzteilen für den Bahnverkehr. Europäische Bahngesellschaften haben einen Bedarf von über einer Million Ersatzteilen festgestellt, die mit additiver Fertigung aus Polymerwerkstoffen hergestellt werden könnten. Zumeist werden pro Teil nur geringe Auflagen von jeweils einigen Hundert Stück benötigt, die zugleich aber schnell zur Verfügung stehen sollen: ein ideales Einsatzgebiet für additive Verfahren.

Die Anforderungen der Bahnbranche sind jedoch immens. Für die Bauteile gelten viele spezielle Vorgaben bezüglich der Materialeigenschaften oder der Oberflächen, gerade im Fahrgastraum. Hinzu kommt häufig noch, dass keine Dokumentation mehr zu den Bauteilen vorhanden ist – manchmal ist sogar das Material unbekannt. „Die Deutsche Bahn verwendet zum Teil Systeme, die mehr als 30 Jahre alt sind“, berichtet Steffen Hachtel. „Da gibt es keine Zeichnungen, keine CAD-Daten, gar nichts mehr.“

Hier kommen nun die Dienstleistungen rund um die Computertomographie (CT) ins Spiel, die Hachtel in den letzten zwölf Jahren perfektioniert hat. Mit ihrer Hilfe lassen sich Datensätze rekonstruieren und optimal für den 3D-Druck vorbereiten, wie Dr. Markus Pfaffinger bestätigt: „Hachtel ist Vorreiter auf dem Gebiet der industriellen CT – ein großer Vorteil bei der Digitalisierung von Ersatzteilen und wie geschaffen für das Bahnprojekt. Wir nehmen hier also ein bestehendes, vielleicht sogar kaputtes Bauteil, digitalisieren es und können das Modell im CAD bearbeiten. Dann wird ein Datensatz generiert, der direkt in den 3D-Drucker eingespeist und produziert werden kann.“

Um sicherzustellen, dass nicht nur die Geometrie und Passgenauigkeit, sondern auch die Güte der ausgehärteten Teile gewährleistet ist, kommt zur Validierung des 3D-Druckprozesses wiederum die CT von Hachtel zum Einsatz. Und das sei wesentlich, betont Hachtel, „denn aus einem 3D-Drucker kommt ja nicht direkt Qualität heraus, wenn man ihn anschaltet.“ Vielmehr gelte es hier, Prozesse und Messtechnik passgenau aufeinander abzustimmen.

Bauteile für den Bahnverkehr bedingen ebenfalls besondere Materialeigenschaften im Bereich Brandschutz. Für das Projekt konnte Cubicure 2019 binnen vier Monaten seinen ersten flammgeschützten Werkstoff entwickeln. „Bei den Brandeigenschaften von Photopolymeren sind wir derzeit mit Abstand weltweit Spitzenreiter“, versichert Pfaffinger.

Die Verarbeitung dieser Werkstoffe erfolgt bei Hachtel auf mittlerweile zwei Caligma-Anlagen mit einer Bauraumgröße von 100 mm Länge × 200 mm Breite × 300 mm Höhe. Die Toleranzen liegen im Hundertstelbereich und „wildern“ damit nach Überzeugung von Cubicure durchaus im Revier der Mikrospritzgießer – nur dass die Caligma eben keine Werkzeuge braucht und bei kleinen Auflagen damit Zeit und Entwicklungsaufwand spart.

Natürlich arbeitet Cubicure parallel an einer Vergrößerung für voluminösere oder mehrere Bauteile. Die additive Fertigung wird zwar auf absehbare Zeit keine Konkurrenz für die großserientaugliche Spritzgussfertigung sein – aber für Kleinserien können die beiden Partnerunternehmen nun einsatzfähige Bauteile aus dem 3D-Drucker wirtschaftlich anbieten.

Das Fazit von Hachtel und Cubicure: Die Herausforderungen der ersten Projekte bewältigen die beiden Unternehmen mit Bravour. „Unsere Technologie ermöglicht es uns, viele neue Materialien zu generieren: Dadurch bringen wir industrietaugliche Werkstoffe und präzise Bauteile zusammen“, erklärt Dr. Markus Pfaffinger. Abschließend bringt Steffen Hachtel die Zielsetzung der Kooperation auf den Punkt: „Mit unserem Geschäftsmodell sprechen wir Kunden an, die von der Machbarkeitsprüfung über die Produktion bis zur Qualifizierung des Bauteils nur einen Beschaffungspartner wünschen. Durch die rein digitale Prozesskette bekommen wir alle Schritte in zwei Tagen hin.“

Diese Leistungsfähigkeit des vorgestellten Konzepts von Hachtel und Cubicure überzeugte auch den European Innovation Council, der aus 2005 Anträgen lediglich 94 Unternehmen für förderungswürdig befand, davon 10 deutsche. Beide Partner sind sich sicher, dass die Fördersumme den Markteintritt beschleunigen wird.

gk