Wie PMRobotics mit SLS-gedruckten Funktionsteilen und Hilfsmitteln die Fertigung von Drohnen optimiert

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Die PMRobotics GmbH ist ein Hersteller hochprofessioneller unbemannter Luftfahrtsysteme. Diese bestehen aus Drohnen, Datenlinks, Bodenstationen und Startvorrichtungen. Um höchste Qualität, schnelle Anpassungsmöglichkeiten und umfassenden Service bieten zu können, übernimmt das Unternehmen alle Schritte von der Entwicklung über die Fertigung und Montage bis hin zum Flugbetrieb.

Seit Beginn nutzt das Unternehmen 3D-Druck als wichtige Ergänzung zu CNC-Fräsen und Schneidrobotern. Dadurch können Prototypen, Endanwendungen und Betriebsmittel hergestellt werden. Das Team kann heute nicht nur autonom arbeitende, kundenindividuelle Zieldarstellungsdrohnen für Funktionstests von Luftabwehrsystemen produzieren, sondern auch Spezialaufträge aus verschiedenen Bereichen wie der Automobilbranche bearbeiten – und das alles mit nur sechs Mitarbeitenden.

Erfahren Sie von Mitgründer und Konstrukteur Niklas Hagen, wie PMRobotics mithilfe des 3D-Drucks die Entwicklungszeit ihrer neuen Drohne von ursprünglich neun Monaten und zwei Jahren auf zwei Jahre verkürzen konnte. Ausserdem erfahren Sie, wie das Unternehmen Betriebsmittel für Maschinen herstellt und im Bereich Motorsport Klassiker wieder aufleben lässt.

Langfristiger Erfolg durch organisches Wachstum

Niklas Hagen ist besonders stolz darauf, dass sein Team bei der Herstellung von Drohnen vollständig unabhängig ist. Von der Elektronikplatine über den Autopiloten, die Aerodynamik und Software bis hin zum Chassis werden alle Komponenten zu “wirklich 100 Prozent intern entwickelt, konzipiert und produziert”, erklärt Hagen.

Die Tatsache, dass die PMRobotics GmbH diese breite Palette an Aufgaben mit nur sechs Mitarbeitern bewältigen kann, verdankt sie ihrer konsequenten Ausrichtung auf organisches Wachstum. Dieser Fokus wurde durch die hohen Arbeitskosten in der Schweiz klar vorgegeben, was zu einer Steigerung der Produktivität durch maschinelle Unterstützung führte. Durch eine geringe Fluktuation und kontinuierliche Investitionen in den Maschinenpark hat PMRobotics sowohl das Fachwissen als auch die betriebsinternen Fertigungskapazitäten aufgebaut. Dadurch ist das Unternehmen heute in der Lage, flexibel und effizient eine Vielzahl von Produktionen durchzuführen.

“Unser Hauptthema ist immer, Arbeitsstunden zu sparen. Ich entscheide mich immer für eine automatisierte Variante, um kein Personal einstellen zu müssen, das möglicherweise nach Abschluss des Auftrags nicht mehr benötigt wird”, so Hagen.

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Entdecken Sie, wie der Fuse 1+ 30W die Wertschöpfungskette in der Fertigung verändert durch eine rekordschnelle Produktion leistungsstarker SLS-Teile.

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Als der SLS-Druck erschwinglich wurde – Verbesserte Effizienz durch intern hergestellte Prototypen, Betriebsmittel und Endanwendungen

Vor der Einführung des 3D-Drucks musste das Team von Niklas Hagen die zahlreichen Anpassungen, die bei der vollständig internen Fertigung erforderlich waren, mühsam von Hand konstruieren. Dies führte zu langen Entwicklungs- und Produktionszeiten sowie hohen Personalkosten. “Früher mussten wir zum Beispiel für unsere CNC-Fräse kleine, komplexe Halterungskonstruktionen aus Holz-Frästeilen und Glasfaser zusammenfügen. Wir hatten unglaublich viele solcher Baugruppen, die montiert oder bei denen Halter aus kleinen Teilen zusammengeklebt werden mussten”, erinnert er sich.

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In der PMRobotics GmbH wird die interne Produktion von individuellen Halterungen und Betriebsmitteln durch den Einsatz des Fuse 1+ 30W und Fuse Sift zur Optimierung der Produktion vorangetrieben.

Kurz nach der Gründung wurde dem Team von PMRobotics klar, dass ihr Streben nach selbstkontrollierter, betriebsinterner Entwicklung und Fertigung ohne Veränderungen nicht umsetzbar war. Die Lösung fanden sie im 3D-Druck, der es ihnen ermöglichte, einen Grossteil dieser Aufgaben zu automatisieren, die Arbeitskosten zu reduzieren und die Produktentwicklung durch funktionale Prototypen zu beschleunigen.

“Dass wir extrem schnell Prototypen und kleine Funktionsteile mit vielen Details herstellen können, hat uns am 3D-Druck fasziniert. Bastelarbeiten für Prototypen und Halterungen konnten wir uns mit dem 3D-Druck komplett sparen. Für uns ist 3D-Druck absolut nicht mehr wegzudenken.”

Niklas Hagen, Mitgründer & Konstrukteur, PMRobotics GmbH

Anfangs stand PMRobotics lediglich ein einfacher FDM-Drucker (Fused Deposition Modelling) zur Verfügung. Während sich FDM-Druck über die Jahre kaum weiterentwickelte, ist Niklas Hagen vom Reifeprozess des SLS-Drucks (Selektives Lasersintern) und den im Branchenvergleich erschwinglichen Anschaffungskosten für den industriellen SLS-Drucker Fuse 1+ 30W von Formlabs begeistert. “Im Bereich FDM hat sich in den letzten Jahren nicht viel getan, aber die Entwicklung bei SLS war extrem. Als wir vor neun Jahren mit dem 3D-Druck begonnen haben, war es noch undenkbar, einen eigenen SLS-Drucker zu diesem Preis in der Werkstatt zu haben”, erklärt Niklas Hagen.

Für das Team war es daher selbstverständlich, die additiven Fertigungskapazitäten von PMRobotics durch den Fuse 1+ 30W zu erweitern, als es möglich wurde, “diese Technologie für so wenig Geld zu haben”, sagt Hagen. Nach einem Besuch beim Schweizer Formlabs-Partner 3D-EDU war das Team “von der Qualität der Drucker, der Konstruktion und dem Aussehen der Teile sehr beeindruckt”, erinnert er sich. 3D-EDU unterstützte nicht nur bei der Auswahl und Implementierung des optimalen 3D-Druckers, sondern steht dem Unternehmen auch seitdem mit umfassendem Service zur Seite.

Durch die Einführung des SLS-Drucks konnte PMRobotics die Betriebsmittelfertigung erheblich optimieren. Denn “mit dem Fuse [1+ 30W] kamen noch viele weitere Anwendungsmöglichkeiten dazu. Seien es Adapter für Vakuumschläuche [von Vakuumtischen], Haltelehren, Fertigungslehren, Produktionsmittel, Hilfsmittel, Halterungen oder kleine Details an unseren CNC-Maschinen”, sagt Hagen. Darüber hinaus begeistert ihn, dass er mit SLS-3D-Druck heute, im Gegensatz zu FDM, Teile drucken kann, die “nicht offensichtlich nach 3D-Druck aussehen, sondern professionell und sauber”. So setzt sein Team 3D-Druck neben der Herstellung von Hilfsmitteln und Prototypen heute auch problemlos für die Fertigung von Endanwendungen in Kleinserie ein.

Beschleunigter Sturzflug der Entwicklungszeit – Drohnenentwicklung und -fertigung mit funktionalem SLS-Druck um 30 % beschleunigt

Die Steigerung der Produktivität von PMRobotics durch den SLS-Druck wird am Beispiel der aktuellen Zieldarstellungsdrohne deutlich. Die Entwicklung dieser Drohne musste besonders schnell erfolgen, da sie bereits für einen geplanten Einsatz von einem Kunden vorgesehen war. Das Team stand somit in der letzten Entwicklungsphase unter erheblichem Zeitdruck, insbesondere weil die Vielzahl der Bauteile perfekt aufeinander abgestimmt, teilweise parallel und in mehreren Iterationen entwickelt werden mussten.

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Um 30% beschleunigte Entwicklung der PMRobotics-Drohnen durch den Einsatz von SLS-Druck.

Früher verlangsamten diese Iterationen die Entwicklungsprozesse des Teams von PMRobotics erheblich, da gedruckte Prototypen aus Kunststoff von externen Dienstleistern bezogen wurden und im Durchschnitt vier Tage auf deren Lieferung gewartet werden musste. Dies führte zu einer längeren Markteinführungszeit für ihre Drohnen und gefährdete die Einhaltung der Projektfristen in spezifischen Fällen.

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PMRobotics fertigen alle Kunststoff-Bauteile ihrer Drohne mittels SLS-Druck.

Hingegen ermöglichte der Fuse 1+ 30W dem Team, aufgrund seines grossen Bauraums mehrere voneinander abhängige Teile gleichzeitig über Nacht zu drucken. Dadurch konnten die Mitarbeitenden ihre Arbeitszeit am nächsten Tag effizient für eventuell notwendige konzeptionelle Anpassungen nutzen und die Entwicklung nahezu unterbrechungsfrei fortsetzen. Die Reduzierung der Wartezeiten durch externe Dienstleister führte dazu, dass PMRobotics die gesamte Entwicklungszeit der Drohne um 30% verkürzen konnte.

“In einer Woche habe ich die Bauteile drei- bis viermal angepasst. Da ist der Fuse extrem stark. Bis andere das Teil bestellt und geliefert bekommen haben, habe ich es schon perfekt angepasst. Andere brauchen sechs, sieben Wochen dafür und ich bin in einer Woche fertig, dank des Inhouse-Prozesses […] Insgesamt habe ich mir so ein Dreiviertel Jahr Entwicklungszeit gespart gegenüber externen Lieferungen.”

Niklas Hagen, Mitgründer & Konstrukteur, PMRobotics GmbH

  Ohne betriebsinternen 3D-Druck Betriebsinterner 3D-Druck Zeitersparnis durch 3D-Druck
Time-to-Market Drohne 2 Jahre und 9 Monate 2 Jahre 9 Monate bzw. 27 %
Durchlaufzeit / Teil 4 Tage 1 Tag 3 Tage bzw. 75 %

Neben dem iterativen Designprozess verwendete PMRobotics die SLS-3D-gedruckten Teile für sämtliche Kunststoff-Bauteile in den finalen Drohnen, die es als Kleinserie von acht Stück für den Kunden fertigte. Dank der guten Druck- und Materialqualität des Fuse 1+ 30W und des verwendeten Nylon 12 GF Powder konnte die letzte Entwicklungsphase nahtlos in die Produktionsphase übergehen. In dieser Phase lief der 3D-Drucker “fast jeden Tag durchgängig, mit großen Druckjobs und 30 Prozent Füllgrad”, erklärt Hagen.

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Durch den betriebsinternen 3D-Druck können Prototypenteile über Nacht hergestellt und schnell angepasst werden, anstatt mehrere Tage auf deren Lieferung warten zu müssen.

Niklas Hagen verwendet die funktionalen 3D-Drucke, um Bauteile sofort für Kundeneinsätze zu nutzen und sie kontinuierlich zu optimieren. Bis alle Designfehler bereinigt sind und die Bauteile in grosser Serie extern gefertigt werden, werden die Teile aus dem Fuse 1+ 30W aktiv im Einsatz verbaut, verkauft und verwendet, erklärt er. Ohne die kontinuierlich aufgebauten Fertigungskapazitäten hätte das Team die Drohnen nicht rechtzeitig für den Kundeneinsatz fertigstellen können, was zu einem Verlust des Auftrags und der Reputation geführt hätte.

Leitfaden

In diesem umfassenden Leitfaden werden das selektive Lasersintern (SLS) sowie die verschiedenen auf dem Markt verfügbaren Systeme und Materialien behandelt. Darüber hinaus werden der Arbeitsablauf mit SLS-Druckern und verschiedene Anwendungen dieser Technologie erläutert.

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“Alte Liebe rostet nicht” — 75 % Kostenersparnis bei Oldtimer-Spezialanfertigungen durch SLS-Druck

Der betriebsinterne SLS-3D-Druck eröffnet PMRobotics neben der Drohnenentwicklung weitere Einnahmequellen durch die Konstruktion erschwinglicher, kundenindividueller Endanwendungen, beispielsweise aus der Automobilbranche.

Ein leidenschaftlicher Hobby-Motorsportler wollte kürzlich seinem treuen Alpine V6 neues Leben einhauchen. Der bis 1991 gefertigte Klassiker wies bereits damals ein spürbares Leistungsloch bei niedrigen Drehzahlen auf, das im Vergleich zu moderner Konkurrenz heute noch größer ist. Der Kunde wandte sich daher an PMRobotics, um den Motor des Oldtimers durch einen neuen Ansaugkrümmer inklusive Einspritzungen mit modernen Drosselklappen zu optimieren. Für ältere Autos sind jedoch selten passende Ersatzteile oder Aufrüstungen erhältlich. Das Team musste daher den Ansaugkrümmer selbst konstruieren und herstellen, wobei komplexe Geometrien, enge Toleranzen, temperatur- und Benzinbeständigkeit sowie das begrenzte Hobby-Budget des Kunden berücksichtigt werden mussten.

Ohne den Fuse 1+ 30W hätten die Konstrukteure auf herkömmliche Verfahren wie Fräsen oder Guss zurückgreifen müssen, was aufgrund der komplexen Geometrie des Ansaugkrümmers zeitaufwendig und für den Kunden zu teuer gewesen wäre. Durch die Nutzung des Fuse 1+ 30W konnte PMRobotics die Kosten des Ansaugkrümmers um 75 % im Vergleich zur Fräsbearbeitung reduzieren. Der klassische Ansatz mit Aluminium-Guss wäre sogar “noch viel teurer gewesen, weil man dafür Formen herstellen muss und den aufwendigen Gussprozess sowie Nachbearbeitung hat”, erklärt Hagen und fügt hinzu: “3D-Druck hat hier ein extrem sauberes Teil ermöglicht und die technisch perfekte Lösung. Diese vielen Versätze und Formunterschiede können ohne Kopfschmerzen gedruckt werden, und der Übergang und die Oberfläche sind perfekt.”

Für PMRobotics hat sich Nylon 12 GF Powder als wahre Universallösung bewährt, da es sowohl für ihre Drohnenarbeiten oder Montagehilfen als auch für den Ansaugkrümmer verwendet wird. Niklas Hagen schätzt die hohe Steifigkeit und Treue zum CAD-Modell von Nylon 12 GF Powder für das breite Spektrum der Anwendungen von “sehr massiven Teilen bis hin zu ganz feinen Konstruktionen”. Die Vielseitigkeit des Materials ermöglicht es ihm, das Material dauerhaft im Fuse 1+ 30W geladen zu lassen und somit Aufwände für die Reinigung sowie damit verbundene Personalkosten zu sparen. Bei spezifischen Aufträgen, die andere Druckmaterialien erfordern, wendet er sich an 3D-EDU und deren Netzwerk für kurzfristige Unterstützung.

Im Fall des Ansaugkrümmers war zusätzlich die gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit des Materials gefordert. Ohne diese könnte sich das Teil auflösen, in den Motor gelangen und unter Umständen einen Motorschaden verursachen, erklärt Hagen. Da der Ansaugkrümmer hinter der Kraftstoffeinspritzung eingesetzt wird, ist er durchgängig Motorenwärme sowie Benzindämpfen ausgesetzt. Im Vergleich zu einem FDM-Teil ermöglicht der Fuse 1+ 30W hier ein schönes, homogenes Material mit ausreichender Temperaturstabilität und ist zudem benzinfest, betont er.

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Der 3D-gedruckte Ansaugkrümmer aus Nylon 12 GF hält den hohen Temperaturen und der chemischen Beanspruchung im Motor dauerhaft stand.

Durch die geringen Stückkosten des SLS-Drucks kann Niklas Hagen Kundenaufträge wie diesen gewinnbringend bearbeiten, bei denen er zumeist Einzelstücke innerhalb enger Budgets fertigen muss. Dies eröffnet PMRobotics zusätzliche Umsatzquellen. „Das war eine ganz klassische, exemplarische Kundenarbeit, ein Spezialauftrag. Da braucht es nur ein Stück. Dafür ist natürlich der Fuse 1+ 30W ideal, um das umzusetzen”, so Hagen.

Mit betriebsinternem SLS-3D-Druck kann Hagens Team nicht nur teure konventionelle oder manuelle Verfahren für Prototyping und Endanwendungen ersetzen, sondern auch die Nutzung seines Maschinenparks optimieren.

Die Vielzahl von verwendeten Maschinen mit passenden Betriebsmitteln und Ersatzteilen auszustatten, ist eine ständige Herausforderung für PMRobotics. Mit dem Fuse 1+ 30W drucken die Mitarbeiter vielfältige Betriebsmittel wie Adapter für Vakuumschläuche, Montagehalter und Lehren für Vakuumtische, CNC-Fräsen und Schneidroboter. So passen sie die Produktionsanlagen flexibel und zügig an die aktuellen Projekte an, etwa individuelle Kundenaufträge, reduzieren Stillstandszeiten und verringern Personalkosten für die langwierige Suche nach minderwertigen Hilfsmitteln.

„Mit dem Fuse 1+ 30W kann ich sehr, sehr viele tägliche Probleme viel flexibler lösen. Zum Beispiel habe ich selbstgebaute Vakuumtische mit großen Luftschläuchen für unsere KUKA-Roboter. Anstatt stundenlang irgendeinen Schlauchanschluss zu suchen und den dann bestellen zu müssen, kann ich den selbst in CAD entwerfen und habe einen Tag später meinen Schlauchanschluss mit Schnellverschluss, genau so, wie ich will”, erklärt Hagen exemplarisch.

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Mit passgenauen 3D-gedruckten Halterungen optimiert PMRobotics die Nutzung seiner CNC-Fräsen für individuelle Kundenaufträge.

Während das Team zuvor Halter, Lehren und Bohrschablonen aufwendig von Hand bastelte oder anfertigen ließ, kann es heute „individuelle Lösungen einfach günstiger und vor allem zeitsparender drucken”, was es ermöglicht, „viel professioneller, schneller und sauberer zu arbeiten”, erklärt Hagen. Durch den 3D-Druck kann das Team den Personalaufwand und die -kosten für die Vorbereitung der Produktion reduzieren und gleichzeitig die Fertigungsqualität der teuren Anlagen optimieren.

Insbesondere für die schnelle Vorbereitung von Produktionen mit kleinen gedruckten Hilfsmitteln schätzen die Mitarbeiter die einfache Bedienung und Zuverlässigkeit des Fuse 1+ 30W. Durch die benutzerfreundliche Oberfläche können sie Drucke schnell und risikoarm vorbereiten, um ihre Arbeitszeit produktiv für Kundenprojekte einzusetzen.

“Der Fuse [1+ 30W] ist der einfachste Drucker, den wir haben. Mit FDM habe ich viel mehr Einstellungsaufwand, obwohl der Druck viel weniger komplex ist. Der Fuse [1+ 30W] ist wirklich sicher für den dümmsten anzunehmenden User. Ich kann nichts einstellen, ich kann nichts versauen. Das ist wirklich schon fast wie ein Papierdrucker. Und das schätze ich am meisten am Formlabs-System: dass es einfach funktioniert und stabil ist.”

Niklas Hagen, Mitgründer & Konstrukteur, PMRobotics GmbH

Mit dem betriebsinternen 3D-Druck in zukünftigen Erfolg investieren

Für Niklas Hagen ist es unverständlich, dass nicht längst mehr produzierende Unternehmen den betriebsinternen 3D-Druck nutzen, wenn er die breiten Anwendungsfelder betrachtet, die sein Team mit dem Fuse 1+ 30W bearbeitet. Regelmäßig druckt er Teile im Auftrag eines jungen Automobil-Unternehmens, das Dieselfahrzeuge auf Elektroantrieb umrüstet, und fragt sich: „Warum haben die als innovative Firma keinen einigermaßen gescheiten Drucker?”

Dass auch größere Unternehmen auf die Vorteile des 3D-Drucks verzichten, kann sich Hagen nur durch eine kurzsichtige Unternehmensphilosophie erklären. Seiner Meinung nach unterschätzen viele Hersteller noch immer die Chancen der additiven Fertigung aus Angst vor Investitionen, obwohl sie von der Qualität der gedruckten Teile begeistert sind.

“Ich empfehle vielen: Ihr müsst mal etwas Geld ausgeben und dann habt ihr einen Drucker, der Plug-and-Play läuft und nicht mühsam ist. Aber ich sehe ganz oft, dass große oder mittelständische Firmen sich vor der Investition scheuen. Stattdessen kaufen sie dann für 300 Euro einen 3D-Drucker, irgendeinen China-Schrott, ehrlich gesagt.”

Niklas Hagen, Mitgründer & Konstrukteur, PMRobotics GmbH

Niklas Hagen und das Team von PMRobotics werden auch in Zukunft ihrer Philosophie des stetigen Wachstums treu bleiben. Sie planen, weiterhin konsequent in ihre Produktionsanlagen zu investieren und ihr Fachwissen zu vertiefen. Dank dieser Kombination aus Fachkenntnissen und moderner Ausstattung werden sie aktuell mit Anfragen zu Drohnen-Entwicklungsprojekten im Bereich Prototyping förmlich überschüttet.

Zusätzlich dazu haben sie vor, ihre eigenen Drohnen weiterzuentwickeln, besonders im Bereich der Kleinzieldarstellung. Hagen ist erfreut darüber, dass er und seine Kollegen für diese Projekte auf funktionale Prototypenteile und Betriebsmittel aus dem Fuse 1+ 30W setzen können. Sie bemühen sich, durch kontinuierliche Tests innovativ zu bleiben und herauszufinden, welche Teile sie erfolgreich durch 3D-Druck ersetzen können.