Die kombinierte Prototyping- und Produktionslösung erspart Thorlabs Monate der Produktentwicklung

Durch die Nutzung der Designanalyse, Prototypenherstellung und On-Demand-Fertigung von Protolabs für seine Zukaufteile konnte Thorlabs die Produkteinführungszeit für seinen neuen motorisierten Polarisationsregler um mehrere Monate reduzieren.

Der Polarisationsregler ist ein Hightech-Gerät zur Regelung des Polarisationszustands von Licht. Die Polarisation gibt die geometrische Ausrichtung von Lichtwellen an. Eine Regelung dieser Polarisation ist daher für verschiedene Anwendungen von Bedeutung, wie die optische Kommunikation, faseroptische Sensoren, PDL-Messung und Komponentenprüfung. Durch Spulen, Wickeln und Verdrillen optimiert das von Thorlabs produzierte Gerät die Ausrichtung von Licht auf seinem Weg durch verschiedene empfindliche, optische Komponenten und nutzt dazu die Spulen eines „Polarisationspaddels“. Die Verwendung eines Motors für das „Polarisationspaddel“ sorgt für eine bessere Wiederholbarkeit des Wickelns und Verdrillens der Faser als beim manuellen Vorgehen.

Die Spezialausrüstung wird in der Regel von Laboren verwendet. Die Produktion erfolgt daher in Kleinserien und muss anspruchsvollen Standards entsprechen.

Thorlabs musste die Herstellung der Teile für das Gehäuse der Motoren und anderer Bereiche auslagern. Bevor das Unternehmen zur Endproduktion überging, musste es die Designs testen, um Materialauswahl, Motorleistung, Schraubenlochgrößen und andere Faktoren zu bestätigen.

Philip Storey, Technischer Senior Einkäufer bei Thorlabs, hierzu: „Das neue Produkt ist ein hoch spezialisiertes Gerät, dessen Produktion eine umfangreiche Entwicklungsarbeit und Prüfung vorausging. Die Tatsache, dass Protolabs uns innerhalb weniger Stunden nachdem wir unseren CAD-Entwurf über die Machbarkeitsanalyse-Software hochgeladen hatten Feedback zum Design geben konnte und uns die Prototypenschnellfertigung der Teile sowie eine Lösung zum Spritzgießen einer Kleinserie anbot, war von unschätzbarem Wert.“

„Dieses vernetzte Denken ist besonders sinnvoll bei Spezialherstellern wie uns, die Teile in kleinen bis mittleren Stückzahlen benötigen.  Es hatte auch zur Folge, dass bei den Prototypenentwürfen und der Materialauswahl das Verfahren der Endfertigung mit berücksichtigt wurde.“

Protolabs produzierte mehrere Prototypen mit dem 3D-Druckverfahren der Stereolithographie. Hierbei werden thermoplastische Kunststoffe mit UV-Licht ausgehärtet. Das Verfahren bietet eine umfassende Materialauswahl mit einer breiten Palette an Zugfestigkeits-, Elastizitäts- und Biegemodul- sowie Bruchdehnungswerten.  Da die Stereolithographie eine gute Oberflächenqualität und eine hohe Auflösung von Details vereint, lassen sich damit Teile herstellen, die Spritzgussteilen in ihrer Leistungsfähigkeit und ihrem Erscheinungsbild in nichts nachstehen.

Thorlabs entschied sich beim Spritzguss der endgültigen Teile für schwarzes ABS, da es sich bei diesem Werkstoff um einen robusten Kunststoff mit einem natürlichen, guten Oberflächenfinish handelt. Schwarzes ABS ist außerdem ein guter elektrischer Isolator und somit ideal für die Anwendung geeignet.  ABS-ähnlich Schwarz wurde für die Prototypenherstellung zum Testen der Designs verwendet. Nicht nur, weil dieser Werkstoff die mechanischen Eigenschaften von echtem ABS imitiert, sondern auch, weil seine tiefschwarze Farbe und seine hochglänzenden Oberflächen das Aussehen eines Spritzgussteils bieten.

Jedes neue Prototypendesign wurde in weniger als einer Woche bereitgestellt, sodass Thorlabs jede neue Iteration schnell testen und auswerten und somit die Eignung des Designs vor Beginn der Produktion sicherstellen konnte.

Als das endgültige Design für die Produktion fertig war, bestellte das Unternehmen zunächst 75 Spritzgussteile.  Die Herstellung herkömmlicher Stahlformen würde zwölf bis 15 Wochen in Anspruch nehmen. Zudem ergäbe sich bei dieser Lösung ein hoher Stückpreis angesichts der vom Unternehmen benötigten Stückzahlen. 

Die bedarfsorientierte Spritzgusslösung von Protolabs bot dem Unternehmen eine attraktive Alternative. Durch die Verwendung von Aluminiumformen konnten die Kosten und der Preis pro Teil gesenkt und die endgültigen Teile in einem Bruchteil der Zeit im Vergleich zu anderen Anbietern geliefert werden.  Von der Produktion der Formen bis zur Lieferung der ABS-Kunststoffteile für die erste Bestellung vergingen weniger als fünf Wochen.  Folgeaufträge von 100, 150 und 200 Teilen wurden jeweils innerhalb von weniger als einer Woche geliefert.

Jamie Philips, Kundenbetreuer bei Protolabs, erklärt: „Traditionell gilt das Spritzgussverfahren als Lösung für die Herstellung von Massenteilen in der Größenordnung von mehreren zehntausend oder hunderttausend Stück. Trotzdem gibt es viele Elektronikhersteller, die den Spritzguss bei kleineren Serien von Teilen für Spezialprodukte einsetzen möchten.“ 

„Durch die Verwendung von Aluminiumformen können wir den Zeit- und Kostenaufwand für die Produktion von kleineren Serien verringern, sodass Spezialhersteller kleine und mittlere Volumina zu einem niedrigeren Stückpreis in Auftrag geben können. Wenn Sie Spritzgussteile in einer Größenordnung zwischen einigen hundert und zwanzigtausend Stück benötigen, dann sparen Sie mit unserem On-Demand-Fertigungsservice Zeit und Geld.“

Da Protolabs für seine Rapid Prototyping- und Fertigungsdienstleistungen auf eine Reihe unterschiedlicher Produktionstechnologien zurückgreift, bietet das Unternehmen bei Zukaufteilen eine umfassende Produktentwicklungslösung an, mit der die Vorlaufzeit um Wochen oder sogar Monate verkürzt werden kann.  Mehr erfahren Sie unter www.protolabs.de.