Additive Fertigung für High-End-Kameras

Die ALPA Capaul & Weber AG entwickelt hochwertige Mittelformatkameras. Ausgehend von einem ersten additiv gefertigten Serienbauteil (kundenspezifischen Streulichtblenden) hat das Unternehmen die additive Fertigung schrittweise und erfolgreich in sein Produktportfolio integriert.

Die ALPA Capaul & Weber AG aus Zürich hat sich auf die Entwicklung von High-End-Mittelformatkameras spezialisiert. Vor einigen Jahren hat das Unternehmen begonnen, sich mit der additiven Fertigung zu beschäftigen Der Schwerpunkt lag dabei auf hochvariablen Streulichtblenden für modulare Kamerasysteme. Objektivblenden sind an der Vorderseite der Kamera angebracht, um Reflexionen in der Linse bei anspruchsvollen Lichtverhältnissen zu vermeiden.

Das erste additiv gefertigte Serienprodukt: Individuelle Streulichtblenden

Durch den Einsatz der additiven Fertigung lassen sich für diese Art der Anwendung viele Vorteile realisieren. Die Gestaltungsfreiheit der generativen Fertigung erlaubt es, modulare, individuell angepasste Streulichtblenden herzustellen. Diese werden je nach Blickwinkel, Objektiv und Sensor der Kamera angepasst. Auf Basis parametrischer CAD-Modelle werden automatisch verschiedene Konfigurationen erstellt. Die Herstellung erfolgt durch Lasersintern von thermoplastischem Polyurethan (TPU). Das vergleichsweise leichte Material hat flexible, gummiartige Eigenschaften. Darüber hinaus eignet sich TPU aufgrund seiner Langlebigkeit und Wasserdichtigkeit hervorragend für den regelmässigen Einsatz der Kameras.

Auf diese Weise konnte das Unternehmen seinen Kunden ein breites Spektrum an einfach zu handhabenden Streulichtblenden anbieten, deren Form exakt auf das jeweilige Kamerasystem abgestimmt ist. So konnte das Unternehmen eine Reihe von variablen Produkten in sein Portfolio aufnehmen, ohne dass im Vorfeld größere Investitionen getätigt werden mussten. Eine solche Flexibilität wäre mit einem anderen Produktionsverfahren kaum möglich.

Nach dem ersten Erfolg: AM wird konsequent ins Produktportfolio eingebaut

Seit dem Erfolg mit den Streulichtblenden arbeitet die ALPA Capaul & Weber AG konsequent daran, den Einsatz von Additiven Manufacturing in ihrem Produktportfolio auszubauen. In den letzten zwei Jahren wurden mehrere Weiterentwicklungen umgesetzt, die im Folgenden skizziert werden. Aus der Sicht des Unternehmens wird beschrieben, welche Erfahrungen gesammelt wurden und wie die additive Fertigung erfolgreich umgesetzt wurde.

ALPA hat die Einführung von AM-Technologien schrittweise bewältigt. Ein solcher Ansatz zielt darauf ab, die Komplexität gezielter Anwendungen zu erhöhen und das Verständnis für das gesamte AM-Ökosystem zu erhöhen. Es ist wichtig zu betonen, dass die Streulichtblenden den ersten Schritt in die additive Fertigung darstellten. Weitere Teile, die in der Anfangsphase in Angriff genommen wurden, sind Module wie Abdeckungen, Halterungen oder anderes Zubehör. Solche Komponenten sind weder funktionskritisch oder hochbelastet, noch verfügen sie über eine komplexe Schnittstelle. Für solche Teile ist die additive Fertigung vorteilhaft und bietet einen klaren Anwendungsfall mit Kundennutzen. In diesem ersten Schritt galt es, erste Erfahrungen zu sammeln, Basis-Know-how zu generieren und eine erste Prozesskette für die additive Serienfertigung zu etablieren. Dazu gehört neben den Kenntnissen im Bereich "Design for Additive Manufacturing" auch die Auswahl eines geeigneten Herstellungsverfahrens mit der richtigen Material- und Nachbearbeitungstechnologie sowie der Aufbau einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit den Lieferanten.

Erhöhung der Komplexität und Verbesserung der Prozesskette

Diese erste Prozesskette umfasste drei wichtige Bereiche, nämlich die Identifizierung der richtigen Anwendung mit einem geeigneten Design, die Produktion mit einer robusten Supply Chain zusammen mit Partnern und die Validierung des Business Case. Darauf aufbauend sollte in einem zweiten Schritt die Komplexität in allen drei Bereichen erhöht und die Prozesskette weiter verbessert werden.

So wurden z.B. beim Design Funktionsbaugruppen mit einem höheren Komplexitätsgrad als in der ersten Phase entwickelt und additiv gefertigt. Ein Beispiel ist die metrische Photogrammetrie-Kamera ALPA 12 add|metric. Photogrammetrische Verfahren ermöglichen die schnelle, berührungslose und präzise Erfassung komplexer Geometrien. Photogrammetrische Anwendungen erfordern zu diesem Zweck eine erhöhte mechanische Stabilität. Mittels Lasersintern von faserverstärktem Polyamid (PA3200 GF) wurden digitale Medium-Frontkameras modifiziert und für solche Anwendungen optimiert. Die ALPA 12 add|metric wurde erfolgreich getestet und führte zu einer hohen Genauigkeit für photogrammetrische Anwendungen. Der Entwicklungsprozess profitierte nicht nur von der konstruktiven Freiheit der additiven Fertigung, sondern auch von kurzen Innovationszyklen und Kostenvorteilen in der Kleinserienfertigung.

Agile Hardware-Entwicklung als fixer Bestandteil des Produktentwicklungsprozesses

Aufbauend auf den erfolgreichen Ergebnissen der ersten und zweiten Phase wurde in der dritten Phase das Ziel verfolgt, die additive Fertigung systematisch in die Produktentwicklungsprozesse zu integrieren und entsprechend anzupassen. Das Unternehmen erkannte, dass der Design-Ansatz durch die Implementierung agiler Hardware-Entwicklungsprinzipien weiter verbessert werden kann. Dies ermöglicht, auf neue Marktanforderungen besser zu reagieren. Zu den Trends zählen das Entstehen neuer Märkte wie die gestiegene Nachfrage nach kundenspezifischen Produkten, die schnelle Entwicklung und Anpassung von Komponenten für verschiedene Kamerasysteme und der vermehrte Einsatz von Video neben der Fotografie in der Werbung.

Ein Beispiel ist die agile Entwicklung einer High-End-Videokamera für ein Hasselblad H6D Digitalrückteil. In mehreren kurzen Sprints wurde die Videokamera mit ihren Features wie Halterungen für Kamera und Batterie entwickelt. Mehrere verschiedene Prototypen wurden mittels Lasersintern hergestellt. Nach jedem Sprint testeten die Lead-User die entwickelten Produkteigenschaften. Basierend auf Usability-Tests wurden diese weiter verbessert und erneut getestet. Produktverbesserungen werden so schrittweise freigegeben und schnell validiert. Das Feedback wurde zur Feinabstimmung des Produkts genutzt. Die gesamte Time-to-Market betrug rund sechs Monate.

Erfolgreiche Einführung von additiver Fertigung in drei Phasen

Im Rückblick zeigt dieser Showcase, wie sich die additive Fertigung in drei Phasen erfolgreich in einem Unternehmen einführen lässt. Der erste Schritt ist der Aufbau einer kompletten Prozesskette für eher einfache Konstruktionen und unkritische Anwendungen (ein Werkstoff, ein Prozess), die einen klaren Mehrwert bieten. Der zweite Schritt zielt darauf ab, die Komplexität in den relevanten Bereichen, wie z.B. neue Materialien, komplexere Designs, verschiedene Kombinationen von Nachbearbeitungen, Auftragsbearbeitung, schrittweise zu erhöhen. Aufbauend auf dem erworbenen Wissen sollen in der dritten Phase die zugrundeliegenden Produktentwicklungsprozesse angepasst und die Additive Manufacturing systematisch genutzt werden, um Chancen für neue Produkte und Business Cases zu identifizieren. In diesem Zusammenhang werden auch die Unsicherheiten, Risiken und Investitionen, die für die Einführung neuer und innovativer Produktkonzepte erforderlich sind, reduziert. In naher Zukunft will die ALPA Capaul & Weber AG ihre Produkte mit den Vorteilen der additiven Fertigung weiterentwickeln.

 

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Anwendungsbereich:
Konsumgüter und Lifestyle

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Die additive Fertigung ebnet den Weg für neue und innovative…
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Foto von  Manuel Biedermann

Manuel Biedermann

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