World of Induction

Vorteile des 3D-Drucks beim Prototyping von elektrischen Spulen

Geschrieben von KUK Product Management | 28.04.2023

Das Prototyping von Spulen hat sich seit den Anfängen stark verändert und die 3D-Drucktechnologie hat dabei eine wichtige Rolle gespielt. Die Vorteile des 3D-Drucks bei der Herstellung von Spulenprototypen sind vielfältig und reichen von der schnelleren Herstellung von Prototypen bis hin zu grösserer Designflexibilität. Diese Technologie hat auch den Weg für die Entwicklung neuer Materialien und Anwendungen in verschiedenen Branchen geebnet, z. B. in der Automobil- und Medizintechnik. In diesem Blog befassen wir uns mit den verschiedenen Arten von 3D-Drucktechnologien, die beim Prototyping von elektrischen Spulen eingesetzt werden, mit den verwendeten Materialien und den gängigen Anwendungen. Wir werden auch untersuchen, was die Zukunft für den 3D-Druck beim Prototyping von Spulen bereithält, von der zunehmenden Verbreitung preiswerter 3D-Drucker bis hin zu Fortschritten in der Materialwissenschaft.

Die Vorteile der 3D-Drucktechnologie für das Spulenprototyping sind zahlreich und entwickeln sich ständig weiter. Schnelleres Prototyping, höhere Designflexibilität und geringere Kosten sind nur einige der Vorteile. Mit dem 3D-Druck können Designer innerhalb weniger Tage mehrere Iterationen eines Produkts erstellen, was die Vorlaufzeiten verkürzt und den Produktentwicklungsprozess beschleunigt. Darüber hinaus ermöglicht der 3D-Druck eine grössere Designflexibilität und die individuelle Anpassung von Produkten, wodurch Leistung und Qualität verbessert werden können. Mit der Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie ist zu erwarten, dass sie noch mehr Vorteile bietet und zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Produktingenieure in der Automobil-, Medizintechnik- und Sensorbranche sowie in der industriellen Automatisierung wird.

Darüber hinaus können durch den Einsatz des 3D-Drucks die mit herkömmlichen Prototyping-Methoden verbundenen Kosten erheblich gesenkt werden. Mit dem 3D-Druck können Designer mehrere Iterationen eines Produkts zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Methoden erstellen. Dies ist besonders nützlich für kleine und mittlere Unternehmen, die nicht über die Ressourcen für umfangreiche Investitionen in Werkzeuge verfügen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der 3D-Druck in der Prototyping-Phase von elektrischen Spulen zahlreiche Vorteile bietet, darunter schnelleres Prototyping, höhere Designflexibilität und geringere Kosten.

Schnelleres Prototyping

Die schnellere Erstellung von Prototypen ist einer der wichtigsten Vorteile des Einsatzes der 3D-Drucktechnologie beim Prototyping von Spulen. Bei herkömmlichen Prototyping-Methoden können die Vorlaufzeiten Wochen oder sogar Monate betragen, und die Kosten können unerschwinglich hoch sein. Mit dem 3D-Druck können Designer jedoch mehrere Iterationen eines Produkts innerhalb weniger Tage erstellen, was die Vorlaufzeiten verkürzt und den Produktentwicklungsprozess beschleunigt. Dies spart nicht nur Zeit, sondern auch die Kosten, die bei herkömmlichen Methoden anfallen. Da der 3D-Druck zudem einfache Änderungen und Anpassungen der Entwürfe ermöglicht, können die Designer Fehler und Designmängel schnell erkennen und korrigieren, was die Vorlaufzeiten und Kosten weiter reduziert.

Erhöhte Designflexibilität

Der 3D-Druck ermöglicht eine stärkere Individualisierung von Produkten, wodurch Leistung und Qualität verbessert werden können. Dies ist besonders wichtig in Branchen wie der Medizintechnik- und Automobilindustrie, wo massgeschneiderte Produkte den Unterschied zwischen Leben und Tod oder zwischen einem erfolgreichen und einem weniger erfolgreichen Produkt ausmachen können. Mit der fortschreitenden Entwicklung der 3D-Drucktechnologie werden die Möglichkeiten der Designflexibilität und der individuellen Anpassung immer interessanter. Mit den Fortschritten bei Software und Hardware werden die Ingenieure von induktiven Bauteilen Zugang zu immer ausgefeilteren Werkzeugen und Materialien haben, die es ihnen ermöglichen, noch komplexere und kompliziertere Designs zu erstellen. Darüber hinaus wird sich die 3D-Drucktechnologie auf neue Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und die Architektur ausdehnen, die noch anspruchsvollere und individuellere Konstruktionen erfordern werden.

Arten von 3D-Drucktechnologien für das Prototyping von Spulen

Beim Prototyping von elektrischen Spulen werden verschiedene 3D-Drucktechnologien eingesetzt, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen. Das Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine der am häufigsten verwendeten 3D-Drucktechniken. Dabei wird ein thermoplastisches Material durch eine beheizte Düse extrudiert, die das Material Schicht für Schicht aufträgt, wodurch ein 3D-Objekt entsteht. Die Schichtdicke kann angepasst werden, um den gewünschten Detailgrad und die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Stereolithografie (SLA) ist ein weiteres beliebtes 3D-Druckverfahren, bei dem ein flüssiges Harz verwendet wird, das mit einem Laser ausgehärtet wird, um ein festes Objekt zu erzeugen. Dieses Verfahren bietet ein hohes Mass an Genauigkeit und ermöglicht die Herstellung von Objekten mit einer glatten Oberfläche. In diesem Abschnitt erfahren Sie mehr über FDM und SLA.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine der gängigsten 3D-Drucktechniken, die beim Spulen-Prototyping eingesetzt wird. Bei dieser Technik wird ein thermoplastisches Material durch eine beheizte Düse extrudiert, die das Material Schicht für Schicht aufträgt, wodurch ein 3D-Objekt entsteht. Die Schichtdicke kann angepasst werden, um den gewünschten Detailgrad und die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. FDM-3D-Drucker sind weithin verfügbar und erschwinglich, was sie zu einer beliebten Wahl für kleine und mittlere Unternehmen macht. Ein potenzieller Nachteil von FDM ist jedoch die Oberflächenbeschaffenheit, die möglicherweise nicht so glatt ist wie bei anderen 3D-Druckverfahren wie der Stereolithografie (SLA). Trotzdem bleibt FDM eine zuverlässige und kostengünstige Option für das Prototyping von elektrischen Spulen.

Stereolithografie (SLA)

Stereolithografie (SLA) ist ein beliebtes 3D-Druckverfahren, bei dem ein flüssiges Harz verwendet wird, das mit einem Laser ausgehärtet wird, um ein festes Objekt zu erzeugen. Diese Technik bietet ein hohes Mass an Genauigkeit und ermöglicht die Herstellung von Objekten mit einer glatten Oberfläche. Die Oberflächenbeschaffenheit ist bei vielen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, z. B. in der Medizintechnik- und Automobilbranche, wo glatte und ästhetisch ansprechende Designs wichtig sind. Ausserdem kann die Wahl des Harzes die Oberflächenbeschaffenheit des Endprodukts erheblich beeinflussen. Für das SLA-Verfahren stehen verschiedene Kunststoffe zur Verfügung, darunter durchsichtige, undurchsichtige und flexible Kunststoffe, von denen jeder seine eigenen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften hat.

Digitale Lichtverarbeitung (DLP)

Eine der vielversprechendsten Neuerungen in der 3D-Drucktechnologie für das Prototyping von Magnetspulen ist das Digital Light Processing (DLP). Bei dieser neuen Technik wird ein Projektor verwendet, um Licht auf einen Behälter mit flüssigem Harz zu strahlen, wodurch dieses aushärtet und die gewünschte Form erhält. Die DLP-Technologie zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit aus und ist damit eine hervorragende Option für die Erstellung hochdetaillierter und komplexer Designs mit einer glatten Oberfläche. Was DLP noch interessanter macht, ist die Möglichkeit, mehrere Objekte gleichzeitig zu produzieren, was es zu einer kosteneffektiven Option macht. Mit DLP können Ingenieure komplizierte und maßgeschneiderte Designs für ein breites Spektrum von Anwendungen erstellen.

Mit der Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie ist zu erwarten, dass noch fortschrittlichere Techniken und Materialien auf den Markt kommen werden, die noch mehr Designflexibilität und Anpassungsmöglichkeiten für das Prototyping von elektrischen Spulen bieten.

 

Verwendete Materialien beim 3D-Druck für Coil-Prototyping

Beim 3D-Druck für das Prototyping einer elektrischen Spule ist die Wahl des Materials und der Schichtdicke entscheidend. Für den 3D-Druck stehen verschiedene Materialien zur Verfügung, darunter Thermoplaste, Duroplaste, Metalle wie Aluminium, Stahl und Titan und sogar biologisch abbaubare Materialien. Die Auswahl des Materials hängt von den spezifischen Anforderungen des Projekts ab, z. B. Festigkeit, Haltbarkeit und Flexibilität.

Neben der Materialauswahl ist auch die Schichtdicke beim 3D-Druck für Hilfsmittel oder Spulenkörper entscheidend. Die Schichtdicke bestimmt den Detailgrad und die Genauigkeit des gedruckten Objekts. Mit einer dünneren Schichtdicke lässt sich ein höherer Detailgrad erzielen, allerdings kann sich dadurch auch die Druckzeit verlängern. Andererseits kann eine dickere Schichtdicke die Druckzeit verkürzen, was jedoch zu einer geringeren Detailgenauigkeit führen kann. Produktingenieure müssen daher sorgfältig abwägen, welche Materialoptionen und welche Schichtdicke für den Spulenkörper ihres elektrischen Spulenprototyps erforderlich sind.

Kunststoffe

Zwei gängige Materialoptionen sind Thermoplaste und Duroplaste. Thermoplastische Kunststoffe sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Haltbarkeit eine beliebte Wahl. Sie können geschmolzen und mehrfach umgeformt werden, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren, und sind daher ideal für die Herstellung von Prototypen und für Tests. Zu den gängigen thermoplastischen Materialien für den 3D-Druck gehören ABS, PLA, PETG und Nylon.

Duroplaste hingegen sind Materialien, die bei Erwärmung irreversibel aushärten. Sie sind für ihre hohe Hitzebeständigkeit und Festigkeit bekannt und eignen sich daher ideal für Anwendungen wie Elektro- und Automobilkomponenten. Zu den gängigen duroplastischen Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden, gehören Epoxid und Polyurethan.

Metalle

Metallwerkstoffe sind aufgrund ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und Vielseitigkeit eine beliebte Wahl für den 3D-Druck beim Spulen-Prototyping. Neben Aluminium, Stahl und Titan werden in der Industrie auch andere Metallmaterialien wie Kupfer und Messing verwendet. Kupfer ist ein hervorragender elektrischer Leiter und daher ideal für Anwendungen in der Elektronikindustrie. Messing hingegen ist für seine Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik bekannt, was es zu einer beliebten Wahl für dekorative Anwendungen macht.

Darüber hinaus haben die Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie für Metalle zur Entwicklung neuer Metalllegierungen mit einzigartigen Eigenschaften und Merkmalen geführt. So können beispielsweise Nickel-Titan-Legierungen (NiTi) mit Formgedächtnis ihre Form als Reaktion auf Temperaturänderungen ändern, was sie zu einem idealen Material für Anwendungen in der Medizintechnik macht, z. B. für Stents und Implantate. Darüber hinaus lassen sich mit dem 3D-Metalldruck auch komplizierte und komplexe Designs herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden unmöglich zu realisieren wären, was Designern und Ingenieuren eine noch grössere Designflexibilität und Anpassungsmöglichkeiten bietet.

Insgesamt bietet der 3D-Metalldruck eine breite Palette von Möglichkeiten und Anwendungen für das Spulen-Prototyping, die es Ingenieuren ermöglichen, hochwertige, massgeschneiderte Produkte herzustellen, die den spezifischen Anforderungen ihrer Branche entsprechen.

Gängige Anwendungen des 3D-Drucks im Spulen-Prototyping

Durch die Nutzung des 3D-Drucks kann ein Hersteller von kundenspezifischen Spulen, wie die KUK Group, massgeschneiderte Werkzeuge und Hilfsmittel herstellen, die die Produktionseffizienz verbessern und gleichzeitig die Kosten senken. Darüber hinaus kann der 3D-Druck auch zur Herstellung von Isolierungen verwendet werden, die eine bessere Leistung bieten und weniger Abfall verursachen. Denn der 3D-Druck ermöglicht präzise und komplexe Formen, die sich an die Konturen des zu isolierenden Objekts anpassen und eine bessere Wärme- und Schalldämmung bieten. Längerfristig wird die 3D-Drucktechnologie auch für die Serienfertigung immer wichtiger. Sie kann zum Beispiel für die Herstellung von Spulenkörpern verwendet werden.

Der Einsatz der 3D-Drucktechnologie bei der KUK Group ist ein Beweis für die Vielseitigkeit dieser Technologie und wie sie auf verschiedene Aspekte der Fertigung angewendet werden kann, von der Erstellung von kundenspezifischen Werkzeugen bis hin zur Herstellung komplexer Komponenten.

Stefan Dörig, CTO KUK Group

 

 

Die Zukunft des 3D-Drucks beim Prototyping von elektrischen Spulen

Die Verwendung der 3D-Drucktechnologie bei der Herstellung von Spulenprototypen ist noch in der Entwicklung begriffen. Dieser Abschnitt zeigt, was die Zukunft bringt.

Zunehmende Akzeptanz

Die Verbreitung und kostengünstige 3D-Drucker werden zweifellos eine wichtige Rolle für die Zukunft des 3D-Drucks im Spulenprototypenbau spielen. Je zugänglicher und erschwinglicher die 3D-Drucktechnologie wird, desto mehr Unternehmen und Privatpersonen werden von ihren Möglichkeiten profitieren können, was zu mehr Innovation und Kreativität in der Branche führen wird. Kostengünstige 3D-Drucker ermöglichen den Markteintritt für kleine und mittelständische Unternehmen und Start-ups, die damit die Möglichkeit haben, ohne teure Geräte oder Maschinen hochwertige Produkte herzustellen. Darüber hinaus wird die bessere Zugänglichkeit der 3D-Drucktechnologie zu einer stärkeren Zusammenarbeit und einem intensiveren Wissensaustausch zwischen Designern und Ingenieuren führen, was wiederum bedeutende Fortschritte und Durchbrüche in der Branche bringen wird.

Fortschritte in der Materialwissenschaft

Fortschritte in der Materialwissenschaft sind die treibende Kraft für die Zukunft des 3D-Drucks bei der Herstellung von Spulenprototypen. Es werden neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften entwickelt, um die spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen zu erfüllen. So werden beispielsweise leitfähige Materialien wie Graphen und Kohlenstoffnanoröhren zur Herstellung von 3D-gedruckten Schaltkreisen und Sensoren verwendet, was die Produktion effizienterer und kostengünstigerer elektronischer Geräte ermöglicht. Darüber hinaus werden biologisch abbaubare und nachhaltige Materialien immer beliebter, vor allem in der Verpackungsindustrie, wo es eine wachsende Nachfrage nach umweltfreundlichen Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffverpackungen gibt. Darüber hinaus führen Fortschritte in der Materialwissenschaft auch zur Entwicklung von Materialien mit verbesserten Eigenschaften wie höherer Festigkeit, Flexibilität und Hitzebeständigkeit, die sich ideal für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie eignen. Da sich die Materialwissenschaft weiter entwickelt, können wir davon ausgehen, dass noch mehr neue und innovative Materialien auf den Markt kommen werden, die Designern und Ingenieuren noch mehr Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten in der Wickelgüter-Industrie bieten.