Wilson Sporting Goods nutzt 3D-Druck zur Beschleunigung des Spritzgießprozesses

Baseballschläger. Das sind nicht die Produkte, die man typischerweise mit einer beschleunigten Produktentwicklung für das Spritzgießen in Verbindung bringen würde. Es sei denn, Ihr Name ist Glen Mason und Sie sind Direktor für fortschrittliche Fertigung bei der Wilson Sporting Goods Co.

Mason, der sein Spritzgussunternehmen CF Plastics in Hillsboro, Oregon, 2019 an Wilson verkauft hat, scherzte kürzlich in einem Interview: "Fortschrittliche Fertigung bedeutet etwas, von dem wir nicht wissen, wie es geht. Also bin ich der Direktor für Dinge, von denen wir nicht wissen, wie man sie macht." Aber er lernt schnell, und er und seine Kollegen und Kolleginnen nutzen die neueste 3D-Drucktechnologie, um beim Spritzgießen Dinge zu erreichen, die vorher nicht möglich waren.

Die Wilson-Tochtergesellschaft DeMarini Sports Inc. hat ihren Sitz in der Nähe von Masons ehemaliger Firma in Hillsboro und entwickelt und produziert seit mehr als drei Jahrzehnten Baseballschläger für Jugendliche. Dazu gehören Schläger aus Aluminium, Schläger aus Polymer-Verbundwerkstoff mit kohlenstofffaserverstärktem Schaft und Schläger, die hauptsächlich aus Thermoplasten hergestellt werden. Bestimmte Komponenten wie Knöpfe, Endkappen und die Schnittstelle zwischen Griff und Schaft werden in der Regel im Spritzgussverfahren aus technischen Harzen hergestellt.

Zu den Kundinnen und Kunden von DeMarini gehören alle Spielenden unterhalb der Major League – von der Little League über College-Teams bis hin zu den Minor Leagues. Mason sagte, dass er diese Nachbarinnen und Nachbarn seit den späten 1990er Jahren kennt, nur wenige Jahre bevor Wilson DeMarini im Jahr 2000 aufkaufte. "Ich begann die Zusammenarbeit mit Wilson als Kunde", erinnert er sich, "und wir haben gemeinsam eine Menge großartiger Technologien entwickelt."

Mason sagt: "Die meisten Leute denken beim Spritzgießen nicht an Kleinserien – warum sollte ich das tun? Aber das ist wirklich die Welt, in der wir uns bewegen. Wir stellen viele Teile in einem relativ kleinen Volumenmodell her, und zwar pünktlich. Unsere durchschnittliche Vorlaufzeit beträgt 24 Stunden zwischen dem Zeitpunkt, an dem wir wissen, dass wir etwas brauchen, und dem Zeitpunkt, an dem wir es an unser Team liefern." Wilson verwendet eine Reihe von technischen Kunststoffen und keine handelsüblichen Harze, wollte aber nicht näher darauf eingehen, welche Materialien sie verwenden.

Mason hatte sich seit 2008 mit dem 3D-Druck beschäftigt, aber vor drei Jahren, mitten in der Covid-Pandemie, traf er sich mit Vertreterinnen und Vertretern von Addifab ApS aus Kopenhagen, dem Entwickler der Freeform Injection Molding (FIM)-Technologie, die sich als bahnbrechend erwiesen hat.

Mit dem FIM-Verfahren werden Werkzeugteile innerhalb eines Tages aus computergestützten Konstruktionsdateien mit löslichen 3D-gedruckten Einwegformen hergestellt. Dieser Prozess dauerte früher oft Monate. Die FIM-Technologie beseitigt auch Hindernisse bei der Entformung und dem Auswerfen, wie z.B. Entwürfe, geteilte Linien, Schieber und kollabierende Kerne.

"Wir haben den Prozess einem Benchmarking unterzogen", erinnerte sich Mason in einem Telefoninterview. "Wir brachten ihr ursprüngliches System mit, einen sehr kleinen Drucker. Er war sehr einfach zu bedienen, aber einfach zu klein für uns."

Im April 2023 schloss der in Ventura, Kalifornien, ansässige 3D-Druckerhersteller Nexa3D Inc. seine Übernahme von Addifab ab. Etwa zur gleichen Zeit stellte Nexa3D auch sein neuestes Modell vor, den Xip Pro, seinen bisher größten industriellen Harzdrucker mit dem laut Nexa größten Bauvolumen und der schnellsten Druckgeschwindigkeit in seiner Klasse. Mit einem Bauvolumen von 19,5 Litern soll der XiP Pro einen Tagesdurchsatz liefern, der dem von mehr als vier anderen industriellen Harzdruckern entspricht.

Nexa3D nutzt seine Lubricant Sublayer Photo-curing® (LSPc) Photopolymerisationstechnologie, um seine hohen Geschwindigkeiten zu erreichen. "Das ist es, was die Nexa3D-Drucker von anderen unterscheidet", sagt Lasse Staal, der Leiter der Geschäftsentwicklung des Unternehmens.

Mason war von den Möglichkeiten fasziniert. "Als die Beziehung zu Nexa3D begann, fanden wir das fantastisch. Ihre Druckgeschwindigkeit war viel schneller – nicht nur in der Z-Druckrichtung, sondern auch in Bezug auf die tatsächliche X-Y-Kapazität und das gesamte Bauvolumen. Wir waren wahrscheinlich 10x schneller auf der X-Y-Ebene und wahrscheinlich 20x schneller beim gesamten Bauvolumen. Für uns eröffnete das viele neue Möglichkeiten."

"Wir begannen zusammenzuarbeiten – Nexa3D als Druckerlieferant, Addifab als Harzlieferant und wir als die Blackbox-F&E für Wilson. Wir sahen die Möglichkeit für Wilson, sowohl Nexa3D als auch Addifab bei der Integration dieser Technologie für ihre Kundinnen und Kunden zu helfen."

Mason verkündet zu Recht: "Niemand will Gussformen. Die Leute wollen die Teile, die aus den Formen kommen. Also habe ich geholfen, die Lösungsversion davon zu integrieren – nicht die Technologieversion, die Lösungsversion – wie wir zu diesem fertigen Teil kommen."

Im Rahmen dieser neuartigen Vereinbarung wendet sich Nexa3D an Mason und sein Team, wenn eine Kundin oder ein Kunde ein bestimmtes Produktkonzept testen möchte, und Mason arbeitet dann mit ihnen zusammen, um Prototypen zu entwickeln und Lösungen auf der Grundlage von FIM zu finden.

"Es ist eine gute Partnerschaft, denn Wilson lernt eine Menge, da wir Herausforderungen, Ideen und Prozesse kennenlernen, die wir wahrscheinlich nicht in Betracht gezogen hätten. Und es hilft Nexa3D, die Entwicklung von Kundenanwendungen besser zu unterstützen. Es ist also eine großartige Zusammenarbeit, bei der alle gewinnen, auch die OEMs.

Er berichtet, wie die Parteien eine Telefonkonferenz mit einem OEM führen können, der eine Lösung sucht. Sie besprechen die Optionen, und wie von Zauberhand erhält der Kunde fünf Tage später einige spritzgegossene Prototypenteile aus seinem Material. "Jetzt sagen sie: 'OK, das ist echt!'. Für mich als interne Forschungs- und Entwicklungsmitarbeiterin bei Wilson ist es die beste Lösung, wenn viele Menschen diese Technologie nutzen. Ich mache mir keine Sorgen um die Geheimhaltung der Technologie. Ich will, dass sie überlebt, ich will, dass sie gedeiht."

Mason sagt, dass er glaubt, dass das Team von Nexa3D "das Spritzgießen grundlegend verändert hat. Sie haben den Zugang zum Spritzgießen für so viele neue Ideen geöffnet. Die Kosten für die Teilnahme sind so niedrig. Die Investitionskosten sind relativ gering. Die Betriebskosten der Maschine sind fast unbedeutend. Die Materialkosten sind nicht so hoch, wenn man elegante Designarbeit leistet. Jetzt kann ich schneller und billiger zum Ziel kommen und innerhalb unseres Modells weiter iterieren. Wir können alle Ideen ausprobieren und sehen, welche sich organischer entwickeln.“

Mason merkt an, dass Wilson den Xip Pro für den Druck von Prototypen verwendet hat. Prototypen sind großartig, sagt er, aber wie bei den Gussformen ist ein Prototyp nicht das, was man wirklich will. "Was man will, ist ein Prototypenprozess, der skalierbar ist und geliefert werden kann. Im Moment hat Nexa3D dieses Verfahren."

Nexa3D hat sein xMOLD-Harz, ein hochleistungsfähiges, auflösbares Harz, für das Freiform-Spritzgussverfahren entwickelt. Mason sieht diese Technologie als ein Werkzeug, "das im Grunde alle Möglichkeiten des Spritzgießens freisetzt".

Bislang, so sagt er, hat er noch kein Verfahren gefunden, das schneller und kostengünstiger als das Spritzgießen ist. "Ich konzentriere mich also darauf, wie ich den 3D-Druck nutzen kann, um das Spritzgießen zu beschleunigen. Wir sind bereits sehr gut im Kleinserien-Spritzguss, den ich als digitalen Spritzguss bezeichne, bei dem im Grunde nur ein Teil hergestellt wird. Damit können wir das in viel, viel größerem Maßstab und zu viel niedrigeren Kosten tun."

"Da wir so viel schneller iterieren, Werkzeuge schneller drucken als wir sie bearbeiten können und einige Prozessschritte eliminieren können, kann es sich unser F&E-Team leisten, sich zu irren", so Mason. "Das hilft uns, unsere Markteinführungszeit erheblich zu verkürzen, und ermöglicht es uns, bei unseren Designentscheidungen schnell und wendig zu sein."