Rapid Tooling Projekt für Essence Care Haartrockner

Hersteller von Haartrocknern entwickeln innovative neue Designs und Funktionen, die den Kunden einen höheren Mehrwert bieten, darunter KI-gestützte Wärmesensoren, Ionen-Technologie, bürstenlose Hochgeschwindigkeitsmotoren und leichte Konstruktionen.

Die Hersteller müssen zudem ein Gleichgewicht zwischen Luftdurchsatz und Luftgeschwindigkeit finden und dabei einen niedrigen Geräuschpegel gewährleisten. Außerdem wächst der Druck auf die Hersteller, umweltfreundliche Modelle zu entwickeln, die strengere Umweltvorschriften erfüllen. Diese Innovationen erfordern Konstruktionsänderungen und die Herstellung neuer Formen.

Jeder Hersteller von Haartrocknern, der auf dem umkämpften Markt bestehen will, muss einen Weg finden, sich an die Bedürfnisse der Nutzer anzupassen, sonst wird er vom Markt verdrängt. Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung innovativer Designs und Weiterentwicklungen für Haartrockner sind die hohen Kosten und der langwierige Werkzeugbau.

Anforderungen des Kunden

Ein Hersteller wandte sich an First Mold mit der Anfrage nach einem zusammenklappbaren, tragbaren Haartrockner, von dem er glaubt, dass er die Körperpflege revolutionieren wird. Das neue Design verfügt über ein integriertes Fach zur Abgabe von Haarspülung oder Duftstoffen während des Trocknens – eine Funktion, die bislang noch nicht weit verbreitet ist.

Der Kunde wollte 100 Exemplare des Produkts zu Testzwecken herstellen, wobei Präzision, Haltbarkeit und Ästhetik im Vordergrund standen. Da das Budget knapp bemessen war, sollte die Werkzeugfertigung so schnell wie möglich abgeschlossen werden, da das Produkt zunächst in einem kleinen Markt getestet werden sollte, bevor eine Großserienproduktion beschlossen wurde.

Herausforderungen

Die erste Herausforderung, die die Ingenieure von First Mold bewältigen mussten, war die kurze Durchlaufzeit. Konkret wollte der Haartrocknerhersteller mit einem Hersteller von Haartrockner-Formen zusammenarbeiten, der 8 Sätze von Prototyp-Formen innerhalb von 30 Tagen.

Das Flüssigkeitsfach erhöht die Komplexität der Konstruktion

Nach eingehenderer Prüfung der Produktzeichnung konnten sich die Ingenieure von First Mold ein besseres Bild von der Komplexität des Föhn-Designs machen. So verfügte das Gerät beispielsweise über ein Fach, in dem entweder Parfüm oder Shampoo untergebracht werden konnte, das während des Trocknungsvorgangs gleichzeitig auf das Haar gesprüht werden konnte. Der Flüssigkeitsbehälter musste auslaufsicher sein, um ein Verschütten der Flüssigkeit während des Gebrauchs zu vermeiden.

Hohe Präzisionsanforderungen

Eine der Anforderungen des Haartrocknerherstellers zur Vermeidung von Undichtigkeiten bestand darin, sicherzustellen, dass die Teile gleichmäßig dickwandig sind. Das Hauptgehäuseteil besteht aus vier Einzelteilen, die bei der Montage ineinander gesteckt werden. Je mehr Teile bei der Montage ineinander gesteckt werden, desto wichtiger ist es, dass die Teile die erforderliche Präzision aufweisen, um eine einfache Montage zu gewährleisten.

Ist die Passung zu eng, ist bei der Montage mehr Kraft erforderlich, was zu Beschädigungen an einigen Bauteilen führen kann. Ist die Passung zu locker, wird die Einrastverbindung funktioniert möglicherweise nicht wie vorgesehen oder verursacht ein klapperndes Geräusch. Der einrastbare Träger kann wiederholten unnötigen Biegebelastungen ausgesetzt sein, was zu einem Ermüdungsbruch (Abbrechen des Hakens) führen kann.

Auswahl des Materials

Die größte Herausforderung bei der Materialauswahl besteht darin, dass der ausgewählte Kunststoff Eigenschaften aufweisen muss, die mit denen des Serienmaterials identisch sind oder diesen sehr nahekommen. Allerdings muss das Material sicher genug sein, um bei Aluminiumformen ohne sie abzunutzen. So führen beispielsweise mit Glasfaser verstärkte Kunststoffe zu einem schnelleren Verschleiß von Aluminiumformen.

Außerdem haften Kunstharze gut auf Aluminium. Daher ist es wichtig, sorgfältige Vorbereitungen zu treffen, wenn glasfaserverstärkte Kunststoffe bei der Herstellung von Haartrocknern mit Aluminiumformen zum Einsatz kommen. Zu den entscheidenden Vorbereitungsmaßnahmen gehören unter anderem:

• Gründliche Reinigung der Formoberfläche: Aluminium oxidiert schnell. Daher ist es wichtig, die Oberfläche der Form mit Lösungsmitteln wie Aceton zu reinigen, um Verunreinigungen und Öle zu entfernen.
•  Auftragen eines geeigneten Trennmittels: Um zu verhindern, dass sich Glasfasermaterialien dauerhaft mit der Formoberfläche verbinden, muss ein geeignetes, hochwertiges Trennmittel auf die Oberfläche aufgetragen werden. Polyvinylalkohol (PVA) wird dringend empfohlen.

Enger Zeitplan

Um die knappe Frist für die Herstellung der Formen für den Haartrockner einzuhalten, waren eine sorgfältige Planung und Umsetzung erforderlich. Das Ingenieurteam von First Mold musste verschiedene Fertigungstechnologien einsetzen, um sicherzustellen, dass die acht Formensätze vor dem Stichtag fertiggestellt waren.

Lösung

Nach sorgfältiger Prüfung der Projektplanung und der Ziele des Kunden kamen die Ingenieure von First Mold zu dem Schluss, dass Rapid Tooling die beste Lösung für den Hersteller sei. Das Team gelangte zu dieser Empfehlung aufgrund der vom Haartrocknerhersteller gewünschten Stückzahl (100), des engen Zeitplans und des begrenzten Budgets.

Rapid Tooling oder Soft Tooling wird eingesetzt, um schnell und kostengünstig Formen und Prototypen für die Fertigung herzustellen. Mit dieser Technik können einsatzbereite Formen innerhalb weniger Tage fertiggestellt werden, anstatt der Wochen, die für Formen in der Serienfertigung erforderlich sind. Zu den Vorteilen des Rapid Tooling zählen unter anderem:

• Die Lücke zwischen Prototypenentwicklung und Serienfertigung schließen: Hersteller können problemlos vom Prototypenbau zur Serienfertigung übergehen, da für die Herstellung der Prototypenteile Materialien in Serienqualität verwendet werden können. Auf diese Weise kann der Hersteller die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Teils, seine Qualität und die Schrumpfung unter realen Bedingungen testen.
• Geringere Anschaffungskosten: Bei der Rapid-Tooling-Fertigung wird in der Regel Aluminium anstelle von Stahl verwendet, da es deutlich kostengünstiger und leichter zu bearbeiten ist. Durch den Einsatz von 3D-Druck anstelle herkömmlicher Verfahren lassen sich die Kosten noch weiter senken.
• Erleichtert Designiterationen: Bei der Herstellung von Haartrocknern können Unternehmen schnell Änderungen vornehmen und Designs anpassen, wodurch sich das Risiko kostspieliger Fehler in der abschließenden Großserienproduktion minimiert.

Soft-Tooling eignet sich hervorragend für die Herstellung kleiner Prototypenchargen. Es ist ideal, wenn die Anzahl der benötigten Bauteile unter 10.000 Stück liegt. Angesichts der geringen Anzahl an Bauteilen, die der Kunde produzieren wollte, war die Entscheidung für Rapid Tooling ein Kinderspiel.

Den engen Zeitplan einhalten

Obwohl der Kunde die Lieferung des fertigen Satzes an Föhnformen innerhalb von 30 Tagen wünschte, haben die Ingenieure von First Mold insgesamt 8 Formensätze innerhalb von 25 Kalendertagen fertiggestellt und ausgeliefert.

Um dieses Ziel zu erreichen, stützte sich das Team in hohem Maße auf CAD-Software, 5-Achsen-CNC-Bearbeitung, sowie ihre umfangreiche Erfahrung im Formenbau. Durch den Einsatz von CAD-Software konnte das Team äußerst detaillierte und präzise Entwürfe erstellen und dabei das Fehlerrisiko minimieren.

Der Einsatz von CAD-Software ermöglichte schnelle Iterationen bei der Formkonstruktion. Dadurch konnten die Ingenieure von First Mold in Echtzeit zusammenarbeiten und ihre Ideen abstimmen, noch bevor der physische Prototyp hergestellt wurde. Die reibungslose Zusammenarbeit trug entscheidend dazu bei, den Termin des Kunden einzuhalten.

Um mögliche Engpässe, die das Projekt verzögern könnten, weiter zu beseitigen, führte das Projektmanagement-Team von First Mold einen schlankeren Prozess ein und koordinierte die Zusammenarbeit zwischen den Konstruktions- und Produktionsteams.

Werkstoffauswahl und -prüfung

Auf der Grundlage der Werkstofftabelle schlug First Mold vor, für die Aluminiumform eine modifizierte Kunststoffmischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC+ABS) zu verwenden, da diese die Eigenschaften aufweist, die denen der in der Serienfertigung verwendeten Kunststoffe am nächsten kommen. Zu den Eigenschaften des PC+ABS-Blends, die ihn zur perfekten Wahl für die Herstellung von Haartrocknern machen, gehören unter anderem:

• Sie zeichnen sich durch hervorragende Zähigkeit und hohe Schlagfestigkeit aus, selbst bei niedrigen Temperaturen. Dadurch sind sie im Vergleich zu reinem ABS langlebiger.
• Es hält höheren Betriebstemperaturen stand und eignet sich daher für funktionale, der Hitze ausgesetzte Bauteile, wie beispielsweise die Heizelemente in Haartrocknern.
• PC+ABS zeichnet sich durch eine hohe Fließfähigkeit aus, wodurch es sich im Spritzgussverfahren leichter verarbeiten lässt. Dank dieser Eigenschaft eignet es sich auch für die Herstellung komplexer, dünnwandiger Teile mit kürzeren Zykluszeiten.
• Die modifizierte Materialmischung weist eine hohe Dimensionsstabilität auf, was bedeutet, dass sie ihre Form und Größe auch unter Umwelteinflüssen langfristig beibehält.
• Durch die Verwendung einer PC+ABS-Mischung entsteht eine hochwertige, glänzende Oberfläche, die sich leicht einfärben oder lackieren lässt.
• Durch die Zugabe von ABS wird die Duktilität im Vergleich zu reinem Polycarbonat verbessert. Außerdem sinken dadurch die Verarbeitungskosten.

Die Ingenieure von First Mold führten mehrere Tests durch, um sicherzustellen, dass das Material für das Projekt geeignet war. Die Tests waren zudem notwendig, um zu überprüfen, ob die Teile für den Haartrockner fehlerfrei gemäß den Spezifikationen des Herstellers gefertigt werden können.

Was der Föhn-Hersteller durch die Lösung von First Mold gewonnen hat

Durch die Zusammenarbeit mit First Mold konnte der Haartrocknerhersteller genau die gewünschte Anzahl an Formen (8) fünf Tage vor dem Fälligkeitstermin und innerhalb seines Budgets erhalten. Zudem wurden alle Formen mit hoher Präzision geliefert und entsprachen den Anforderungen des Kunden hinsichtlich Qualität, Funktionalität und Ästhetik.

Dank der pünktlichen Lieferung hatte der Hersteller mehr Zeit, die Form zu testen und seine Produktionsparameter vor Beginn der Prototypenfertigung zu optimieren. Wäre der Termin um nur wenige Stunden verpasst worden, hätte dies den Haartrocknerhersteller seinen Finanzierungspartner gekostet. Das Unternehmen war besonders dankbar, da mehrere andere Hersteller von Haartrocknerformen das Projekt aufgrund der knappen Frist abgelehnt hatten.

Zu den weiteren beruflichen Qualitäten, die der Kunde bei der Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von First Mold schätzte, gehörte die offene und transparente Kommunikation. Jeder Vorschlag oder jede Änderung, die das Team am Projekt vornahm, wurde ordnungsgemäß kommuniziert, einschließlich der Begründung für die Änderung. Dadurch wurde sichergestellt, dass beide Teams während des gesamten Projekts stets auf dem gleichen Stand waren.

Im Mittelpunkt der Arbeit des Projektteams von First Mold stand die fertigungsgerechte Konstruktion. Jedes Design wurde sorgfältig durchdacht, um sicherzustellen, dass es dem Haartrocknerhersteller einen Mehrwert bietet. Die Entwürfe wurden angepasst, und wo nötig, wurden Rippen durch dicke Wände ersetzt. Kurz gesagt: Das Team von First Mold hat das Projekt nicht einfach nur angenommen, sondern es verbessert.

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