Experteninterview: Dunlop Systems und Components – Mark Statham über die Einführung des 3D-Drucks für die Werkzeugbereitstellung  

Ausrichtungen, Vorrichtungen und andere Werkzeuge bilden das Rückgrat jeder Produktionshalle. Es ist jedoch nicht ungewöhnlich, dass die Produktion dieser Werkzeuge Wochen in Anspruch nimmt, was zu Engpässen im Produktionsworkflow führen kann. 
 
Um dies zu überwinden, setzen Unternehmen zunehmend 3D-Druck ein, um die Herstellung von Werkzeugen zu beschleunigen. Das britische Automobilunternehmen Dunlop Systems and Components ist ein solches Unternehmen.  
 
Dunlop integrierte Ende 2018 die Composite-3D-Drucktechnologie von Markforged. Neun Monate später druckt das Unternehmen im 3D-Druck Werkzeugteile und Prototypen innerhalb von nur wenigen Tagen. 
 
Im Experteninterview dieser Woche spricht AFMG mit Mark Statham, Produktions- und Engineering-Manager bei Dunlop, über die Einführung des 3D-Drucks und darüber, wie die Technologie dazu beiträgt, Bereiche der Produktionsprozesse des Unternehmens zu rationalisieren. 
 

Können Sie mir etwas über Dunlop Systems and Components erzählen?

Dunlop Systems wurde in den 1960er Jahren aus dem ursprünglichen Unternehmen Dunlop geboren und begann mit der Herstellung aller Arten von Federungssystemen. Dies begann mit dem Mini-Metro und im Laufe der Jahrzehnte führten wir dann schrittweise die luftunterstützte Federung auf die Plattformen verschiedener Fahrzeughersteller ein, darunter Land Rover-, GM-, Isuzu- und Renault-Lkws sowie einigen Spezialfahrzeugen. 
 
In jüngster Zeit sind wir auch in kleinere Nischenmärkte eingestiegen, beispielsweise in den Krankenwagenmarkt (Renault, LDV) und den Markt für rollstuhlgerechte Fahrzeuge 
 
Im Jahr 2014 zogen wir in eine zweckgebundene Produktionsstätte um, was uns die Gelegenheit bot, uns unter der Marke Dunlop Systems in neuen Märkten zu positionieren. 
 

Welche Kunden und Branchen werden von Dunlop bedient? 

Wir bedienen hauptsächlich die Automobilindustrie. Wir stellen z.B. die Fahrzeugaufhängungen für alle hochwertigen Land Rover, Discoveries usw. her, und wir stellen auch Spezialfahrzeuge von Renault und Dennis her. 
 
Wir bedienen auch die Bahnindustrie; Bombardier ist einer unserer Kunden. Eines der Produkte, dass wir für diesen Sektor produzieren, sind Ventile.
 
Wir haben einige Kunden, die unsere Produkte kaufen und sie für Maschinen verwenden, die sich bewegen, damit sie Maschinen mittels einer luftunterstützten Federung anheben und ganz leicht bewegen können. 
 
Unsere Produkte werden auch im industriellen Bereich eingesetzt, sowohl zur Schwingungsunterdrückung als auch zur Bewegung. Eine ungewöhnliche Anwendung ist die Verwendung von Faltenbälgen für Fahrgeschäfte auf Jahrmärkten. Wir bedienen also eine breite Palette von Branchen. 
 

Was hat das Unternehmen veranlasst, über additive Fertigung nachzudenken? 

Dunlop erhält Anfragen und Interessenbekundungen von Neukunden, die unsere Luftfedersysteme (ECAS) in ihre Fahrzeuge einbauen lassen wollen.  Diese Kunden benötigen kürzere Vorlaufzeiten von der Konzeption bis zur Serienfertigung. Daher mussten alle Teile des Konstruktions- und Fertigungsprozesses beschleunigt werden. 
 
Budgetbeschränkungen sind recht eng, da wir versuchen, unser Kundenprogramm zu unterstützen, ohne zu hohe Kundenkosten zu generieren. Wir haben auch versucht, neue Entwicklungsarbeiten zu finanzieren, um weitere neue Kunden zu gewinnen. Als ich dann den 3D-Druck in Betracht zog, dachte ich, das würde uns helfen, Geld zu sparen und vielleicht auch neue Geschäfte zu generieren. Aus diesem Grund haben wir den 3D-Druck eingeführt.  
 

War es zunächst schwierig die Idee der Additiven zunächst an das Unternehmen zu verkaufen oder war das gesamte Unternehmen von Anfang an dabei? 

Die Ingenieure unserer Konstruktionsabteilung hatten sich bereits vor einigen Jahren mit dem 3D-Druck befasst und waren mit der Materie bekannt.
 
Wir verfügen über eine eigene Testanlage, in der wir Aufhängungen konstruieren, bauen und anschließend einem Dauertest unterziehen. Offensichtlich müssen diese Aufhängungen von Million Meilen aushalten können. Sie werden auf hohe Frequenz und Geschwindigkeit und auf hohe Ausdauer eingestellt und befinden sich ungefähr zwei Wochen in der Testanlage, was die Lebensdauer der Aufhängung simuliert. 
 
Als unsere Ingenieure den 3D-Druck zum ersten Mal betrachteten, stellten sie fest, dass eine solche Lebensdauer mit den verfügbaren Materialien nicht erreicht werden konnte. Aber wir hatten die Technologie nicht abgeschrieben.
 
Letztes Jahr dann sprach mich mein Direktor an und fragte, ob ich an einem Online-Seminar teilnehmen würde, um zu sehen, ob und wie wir 3D-Druck verwenden könnten. Das von Markforged durchgeführte Seminar zeigte die Technologie und Materialien, die sie besaßen, und vor allem, wie andere sie verwendet haben. Damals dachte ich, dass der 3D-Druck auch für uns von Vorteil sein könnte. 
 
Aber um wirklich ein Geschäftsmodell zu erstellen, musste ich prüfen, welche Teile repariert werden müssen, welche eine Überholung oder ein Ersetzen benötigten, und dann eine Tabelle mit einer Kostenrechnung zusammenstellen. 
 
Einige Teile werden jährlich ersetzt, andere werden ersetzt, wenn sie brechen. Es wurde klar, dass ein eingebauter 3D-Drucker nicht alle Werkzeuge ersetzen würde, da wir einige viel verwendbare, hochtemperaturbeständige und stoßfeste Werkzeuge haben. 
 
Aber es würde uns eine Ersatzoption bieten. Unter Berücksichtigung der Kosten für die Anschaffung des Drucks und der monatlichen Betriebskosten habe ich berechnet, dass sich die Kapitalrendite innerhalb von zwei Jahren ohne weiteres auszahlt. 
 
Ich habe eine Liste mit ca. 100 Werkzeugteilen zusammengestellt, die entweder ersetzt werden konnten oder ersetzt werden müssen oder wo wir uns den Ersatz nicht leisten konnten. Auf dieser Grundlage konnten wir den Aufwand rechtfertigen.  
 
Ungefähr drei Wochen später ließen wir unseren Drucker anliefern und wir haben die Amortisation innerhalb von sechs Monaten erzielt. 
 

Wie war der Prozess der Bereitstellung der Technologie in diesen ersten Tagen?

Als der 3D-Drucker ankam, waren wir innerhalb einer Stunde einsatzbereit. Wir haben dann zunächst die Liste unserer wichtigsten Kriterien durchgearbeitet. 
 
Zu diesem Zeitpunkt wollten wir nicht, dass der Drucker über Nacht lief. Wir wollten die Dinge aufs Einfachste begrenzen und uns auf die Werkzeuge konzentrieren, die auf der Prioritätenliste standen. 
 
Wir haben zum Beispiel hochwertige Fahrwerksteile, die für High-End-Fahrzeuge wie Bentleys, Audis und Porsche geeignet sind. Einer unserer Hauptkunden kauft unsere Module und fügt seine eigenen Komponenten hinzu, um so eine komplettes luftunterstütztes Federbein zu erstellen. 
 
Da es sich um hochwertige Fahrzeugkomponenten handelt, haben wir Nylonwerkzeuge, um die Komponenten während unseres Prozesses an Ort und Stelle zu halten, und die Teile so zu schützen. Diese Nylonwerkzeuge nutzen sich ab, werden schmutzig und sind nicht sehr attraktiv. Daher waren diese Nylonwerkzeuge die ersten Artikel, die wir gedruckt haben. Wir haben weißes Nylon durch Markforgeds Black Onyx ersetzt. 
 
Das kam gut an, weil wir Teile innerhalb weniger Stunden gedruckt hatten. Normalerweise müssen wir, wenn wir ein Teil ersetzen wollen, zuerst die Zeichnung finden, sie zur Offerte einsenden und warten, bis die Offerte des Werkzeugmachers zurückkommt, was Tage dauern kann. 
 
Es dauert ungefähr eine Woche bis zwei Wochen, bis der Papierkram den Auftrag ausgelöst hatte. Dann konnte es eine weitere Woche dauern, bis das Teil fertiggestellt wurde, je nachdem, wie komplex es war. 
 
Sie rechnen mit einer Bearbeitungszeit von mindestens zwei Wochen, während wir täglich Teile drucken. Mit diesem Prozess erkannten unsere Kollegen in der Werkstatt die Vorteile des 3D-Drucks.
 
Die allerersten gedruckten Teile waren sehr einfache Teile. Dann gingen wir die Teile durch und lernten, wie leichtgewichtig und gleichzeitig stark die 3D-gedruckten Teile waren. Das eröffnete eine breite Palette von Werkzeugen, die wir ersetzen konnten. 
 
Es wurde in der ersten Woche sehr gut aufgenommen; Die Werkstatt bekam ihre Teile in Tagen und Stunden anstatt in Wochen. Und da es sich um den IATS-Standard handelt, dauert es länger für die Qualitätsabteilung das Teil zu überprüfen als es zu drucken. 
 
Sie haben gesagt, dass Sie einfach angefangen haben. Hat sich Ihre Nutzung des 3D-Drucks in den neun Monaten, in denen Sie den 3D-Drucker haben, bereits weiterentwickelt? 
 
Ja. Wir können jetzt sehr viel komplexe Teile und Werkzeuge herstellen und konnten Methoden zum Zusammenfügen von zwei 3D-gedruckten Teilen entwickeln. 
 
Wir haben viele kleine Kunden in Nischenmärkten, die rollstuhlgerechte Fahrzeuge herstellen. Wir haben Partnerschaften mit diesen Unternehmen aufgebaut, und ein Teil davon besteht darin, deren relativ kleine Budgets zu unterstützen. Andere kleinere Kunden erhielten Werkzeuge, die wir aus veralteten Teilen hergestellt haben. Diese sehen zwar nicht attraktiv aus, aber erfüllen trotzdem ihre Aufgabe. 
 
Jetzt können wir für diese Kunden sehr viel komplexere Werkzeughalter drucken, die genau zu ihren Teilen passen und somit ihre Teile besser schützen als zuvor. Dies bedeutet auch, dass wir das Teil schneller und mit einem geringeren Risiko der Beschädigung zu ihnen bringen können, da es sich nun um ein geeignetes Werkzeug handelt. 
 
Wir experimentieren auch mit verschiedenen Verbindungstechniken. Da wir zum Beispiel alle unsere Produkte im eigenen Haus formen, muss unser Produkt expandiert werden, bevor es in den Formungsprozess eingeht.
 
Wir haben z-B. eine Expansionsmaschine in der Werkstatt, deren Entwicklung im eigenen Haus etwa 14.000 Pfund kostet. Wir nennen sie “die Rakete”, weil sie ungefähr zwei Meter lang und ungefähr zwei Meter hoch ist. Sie steht in einem Winkel zum Bediener, so dass der Bediener das Produkt ganz einfach laden und entladen kann. Der eigentliche Arbeitsbereich ist aber nur etwa einen halben Meter lang. Aber es ist die Steuerung dieser Maschine, die das Produkt expandiert. 
 
Für diesen Arbeitsbereich haben wir jetzt eine halbe Meter lange Röhre in 3D gedruckt und sie besteht aus sechs verschiedenen Teilen, die wir zusammengefügt haben. 
 
Wir haben die ersten Versuche unternommen, ein Produkt in dieser halben Meter langen Röhre zu erweitern, anstatt auf der größeren Maschine. Mit dem Unterschied, dass dieser Prototyp nur £ 600 kostet, ein Bruchteil der Kosten der großen Maschine. 
 
Da wir jetzt Zulieferer eines neuen Automobilherstellers sind, werden wir wahrscheinlich etwa sechs dieser Maschinen benötigen. Wenn das funktioniert, können wir viel Geld sparen. 
 

Eines der Dinge die Unternehmen uns gegenüber oft erwähnen, ist, dass sie internes AM-Fachwissen benötigen, um die Technologie erfolgreich anwenden zu können. War dies ein Problem, mit dem auch Sie konfrontiert waren? 

Wir haben fünf Mitarbeiter in meinem Team und unsere Abteilung betreibt und wartet den 3D-Drucker. Jeder in unserer Abteilung hat die Technologie schnell verstanden und wir probieren verschiedene Dinge aus. 
 
Andere Abteilungen gewöhnen sich langsam an die neue Technologie. Wir haben zum Beispiel einige Messgeräte für unsere Qualitätsabteilung gedruckt. Die Qualitätsabteilung muss prüfen können, ob bestimmte Teile innerhalb der Toleranz liegen. Diese Teile sind keine kritischen Teile, also haben wir einige Messgeräte in 3D gedruckt. Und unsere Qualitätsabteilung hat diese 3D-gedruckten Werkzeuge übernommen. 
 
Wir haben auch einige Prototypenteile für unser Designteam hergestellt. Prototypenteile sind normalerweise sehr teuer, da sie entweder aus massivem Stahl oder aus massivem Aluminium gefertigt werden müssen. 
 
An der Luftfederung eines Fahrzeugs sind normalerweise Manschetten angebracht, die verhindern, dass die Steine auf die Federung treffen und den Airbag zerbrechen. Diese Manschette wird mit einem Kunststoffkragen auf den Streben abgestützt. Da es sich um einen Prototyp handelt, konnte dieser nicht geformt werden, da niemand eine Form für einen Prototyp entwerfen würde. Sie hätte aus Vollmaterial gefertigt werden müssen, aber das Design ist so komplex, dass dies wahrscheinlich eine spezielle CNC-Maschine erfordern würde. 
 
Infolgedessen haben wir einige Prototyp-Manschetten in 3D gedruckt, und da es sich um 3D-Druck handelt, können wir die erforderliche Spannung erzielen, die erforderlich ist, da sich die Manschette mit dem Fahrzeug drehen und bewegen muss. Dieser Druck war ziemlich erfolgreich.  
 
Wenn Sie jedoch von potenziell 50.000 Fahrzeuge pro Jahr ausgehen, dann sind das 100.000 dieser Produkte. Dazu sind wir noch nicht in der Lage, da wir nur einen Drucker haben. Wir sind derzeit noch keine 3D-Produktionsfirma. 
 
Deshalb ist das Designteam immer noch damit beschäftigt, diese Teile zu formen und eine Plastikformmaschine zu bekommen. Der 3D-Druck war für die Entwicklung in Ordnung, ist aber immer noch ein ziemlich langsamer Prozess.
 

Welche Vision hat Dunlop für die Zukunft der Technologie? Sehen Sie eine Ausweitung des 3D-Drucks auf andere Anwendungen?

Derzeit konzentrieren wir uns auf die Werkzeugherstellung, da wir innerhalb der nächsten 12 bis 18 Monate eine neue Werkzeugreihe vollständig neu erstellen müssen. Wir sind dabei, dies mit 3D-Druck zu gestalten.  
 
Wir haben alle aktuellen Designs, die für unsere aktuelle Linie gut funktionierten. Beim 3D-Druck mussten wir eine leichte Konvertierung vornehmen, um das Teil in bestimmten Bereichen fester zu machen. Jetzt können wir Carbonfasern hinzufügen. Das ist fürs Erste unser Hauptaugenmerk. 
 
Da wir jedoch noch immer Fahrwerksteile aus den 1960er Jahren entwerfen, haben wir auch immer noch Kunden, die diese kaufen. So kauft die Bahnindustrie unsere alten Niveauregelventile. Hierbei handelt es sich um ein Element in einem Körper, bei dem ein grundlegendes Hebelsystem verwendet wird, um die Luft von einem Teil des Zuges zu einem anderen zu befördern, so dass dieser Teil des Zuges sich in die Kurven legt. Es wird von Kunden wie Virgin Trains und Bombardier verwendet. 
 
Dieser Teil wurde in den 1960er und frühen 1970er Jahren entworfen. Das Originalgussteil aus Aluminium nutzt schnell ab. Daher versuchen wir, das recht teure Gussteil zu überarbeiten. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Körper in 3D zu drucken, um dann das System zu nutzen. Das ist eine Möglichkeit. Dafür brauchen wir jedoch sicherlich mehr Drucker. 
 
Wir prüfen auch, ob wir einige unserer Produkte recyceln können, weil die Formen schon ziemlich alt sind. 
 

Was hält das nächste Jahr für Dunlop bereit?

Es wird ein sehr arbeitsreiches Jahr für uns, da die Einführung einer neuen Plattform für Elektrofahrzeuge ansteht. Wir müssen auch unser zunehmendes Geschäft mit ECAS-Systemen für die IATF 16949-Akkreditierung anderer OEMs unterstützen. Wir werden uns auch auf den wichtigen Ersatzteilmarkt konzentrieren, der für uns ein langjähriges Geschäftsmodell ist. 
 
Unser Unternehmensfokus wird auf OEM-Großserienfertigung, kleinerer Ersatzteilproduktion und der Weiterentwicklung unseres industriellen Sortiments an Antivibrationskomponenten liegen. 
 
Bezüglich des 3D-Drucks ist unser 3D-Drucker, der noch immer läuft, bereits überlastet. Daher möchten wir auch einen neuen, größeren Drucker kaufen. Das heißt, dass wir dann zwei Drucker im Einsatz haben, wodurch wir mehr Durchsatz erzielen können. 
 
Weitere Informationen zu Dunlop Systems finden Sie unter: https://www.dunlopsystems.com/