3D-Druck für Steuergeräte-Testequipment Testspezialist fertigt Steckverbinder mittels 3D-Druck in Kleinserien

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Technischer Fortschritt erfordert Mut – das hat Bright in einem anspruchsvollen Projekt für einen führenden Automobilhersteller bewiesen. Die Lösung realisierte das Unternehmen mit der Präzisionsmikro-Stereolithografie von Boston Micro Fabrication (BMF): Partner AM Pioneers druckt in Esslingen hochpräzise Connectorplatten für Steckverbinder in stabilem Kunstharz auf einem microArch S240 3D-Drucker mit 10 µm Auflösung.

Als Entwicklungspartner für den Mobilitätssektor bietet Bright mit Standorten unter anderem in Böblingen und München (Deutschland) vielfältige Produkte und Dienstleistungen, um die dort üblichen Testprozesse zu unterstützen. Das innovative, mehr als 100-köpfige Team ist Entwicklungspartner im Mobilitätssektor, von der Automobilbranche über Luft- und Raumfahrt, Bahntechnik bis zu Land- und Baumaschinen. Peter Hautke, General Manager Sales and Operations E/E, erhielt 2024 eine Anfrage bezüglich Testequipment für die Steuergeräte einer neuen Fahrzeuggeneration.

Das elektronische Nervensystem prüfen

Steuergeräte bilden das intelligente Nervensystem moderner Automobile. Sie steuern Zündung und Kraftstoffeinführung ebenso wie Klimaautomatik, Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme. Die vernetzten Geräte empfangen Signale von Sensoren und setzen Aktuatoren in Bewegung. Die geringste Fehlfunktion kann Katastrophen auslösen. „Bevor neue Fahrzeugmodelle in Serie gehen, wollen Entwickler und Qualitätsingenieure sehr genau wissen, wie die verschiedenen Steuergeräte mit dem Serienleitungssatz tatsächlich funktionieren“, berichtet Peter Hautke.

Um die Messtechnik jeweils hinter die Steuergeräte zu schalten, wird eine y-förmige Adapterleitung zwischengeschaltet. Diese sollte Bright entwickeln und liefern. „Stecker und Buchse zwischen Steuergerät und Serienleitung können wir kaufen“, sagt Hautke, „die Schwierigkeit bilden die Steckverbinder an der Abzweigung für die Messtechnik.“

Als Lösungsweg sollte die konventionelle Buchse eingescannt und das 3D-Modell umkonstruiert und dann 3D-gedruckt werden. Doch die Connectorplatte im Inneren muss rund 100 goldbeschichtete Pins mit sehr engen Form- und Lagetoleranzen aufnehmen – sonst würden einzelne Pins abbrechen. „Ein prozesssicherer 3D-Druck der benötigten 18 Varianten in Serien von 150 Stück war mit den geforderten Toleranzen bisher nicht möglich“, sagt Peter Hautke. „Aber wir waren sicher, dass unser Partner AM Pioneers die Aufgabe mit einem neuen 3D-Druckverfahren lösen konnte.“

Präzisionsmikro-Stereolithografie von BMF

Die AM Pioneers GmbH in Esslingen unterstützt seit 2021 produzierende Unternehmen bei der Implementierung verschiedener 3D-Drucktechnologien, mit 3D-Scans, als Dienstleister für Engineering und Fertigung ebenso wie als Reseller von Drucksystemen. Dabei konzentriert sich das Unternehmen auf führende Hersteller wie Desktop Metal, 3DCeram und Boston Micro Fabrication (BMF) für die Mikrofertigung. Die Projektionsmikro-Stereolithografie (PμSL) von Boston Micro Fabrication (BMF) verbessert das Digital Light Processing für die Anwendung im Mikrobereich. Die Drucksysteme enthalten hochpräzise Optiken, um die Pixelgröße im Projektor je nach Druckerserie auf 25 μm, 10 μm oder 2 μm zu fokussieren. Auch die Lineartechnik der 3D-Drucker wurde für niedrigste Toleranzen ausgelegt.

Seit 2023 besitzt AM Pioneers einen microArch S240 von BMF. Mit der Auflösung von 10 µm und einem Bauvolumen von 100 × 100 × 75 Millimetern eignet er sich für Prototypen und Serien von Mikrobauteilen in Endqualität. „Der S240 vereint hohe Genauigkeit und Präzision mit der für unsere Projekte entscheidenden Reproduzierbarkeit“, erklärt Frederik Nußbaumer, Head of Sales bei AM Pioneers. „Wir waren uns sicher, dass wir damit die Connectorplatten innerhalb der vorgegebenen Toleranzen von 20 µm drucken können.“

Proof of Concept

Nun musste Bright nur noch den skeptischen Kunden überzeugen. Zusammen mit AM Pioneers gingen sie ins Risiko und lieferten kostenlose Musterteile, die allen Anforderungen genügten. Mit der Präsentation der zugrundeliegenden Technik und weiteren Referenzteilen konnten sie den Automobilhersteller überzeugen – der sich über erhebliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Fertigungsmethoden freuen darf. „Der komplette Wegfall von Werkzeugkosten für das Spritzgießverfahren, der Zeitgewinn und die wesentlich höhere Flexibilität für späte Änderungen und Verbesserungen wiegen schwer“, erläutert Peter Hautke. „Noch mehr fällt jedoch der Sicherheitsgewinn bei den umfangreichen Tests der kritischen Steuerungstechnik ins Gewicht.“

Problemlose Kleinserien- und Variantenfertigung

Bis Mitte des kommenden Jahres dürfen die Partner nun 18 Varianten des Steckverbinders in Kleinserien zu 150 Stück, insgesamt also 2.700 Komponenten, auf dem 3D-Drucker produzieren und mit den Kabelsätzen liefern. „Wir können 20 Teile in einem Aufbau produzieren“, berichtet Frederik Nußbaumer. „Dabei profitieren wir von der hohen Prozessstabilität der Maschine, die wir problemlos über Nacht laufen lassen können.“ Dazu wird HTL verwendet, ein Hochleistungspolymer von BMF, das in verschiedenen Farben und auch transparent verfügbar ist. In diesem Fall wurde das stabilste Material in Schwarz gewählt.

„Die breite Palette verfügbarer Materialien, transparenter, biokompatibler und besonders langlebiger Harze ist ein wichtiges Verkaufsargument für uns“, sagt Frederik Nußbaumer. Die Installation, Einweisung und das Anwendertraining wurden damals von BMF in vier Tagen abgeschlossen. Seitdem braucht AM Pioneers nur noch gelegentlich die Unterstützung des Herstellers: „Wir finden es sehr beeindruckend, wie schnell BMF auf technische Fragen reagiert“, lobt Frederik Nussbaumer die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit BMF.

Fazit

AM Pioneers nutzt die Maschinen wie in diesem Projekt zur Serienproduktion, zur Auftragsfertigung von Prototypen und als Vorführgerät. „Der microArch S240 bewährt sich durch Wiederholgenauigkeit und Prozessstabilität als echtes Produktionsmittel“, meint Frederik Nußbaumer. „Mit dem richtigen Know-how aus Engineering und additiver Fertigung kann man sich damit echte Wettbewerbsvorteile erschließen.“ Der erste Auftrag des Automobilherstellers wird nicht der letzte sein: Diverse Fahrzeugvarianten sind noch in der Entwicklung und werden ebenfalls getestet.

„In einem preissensiblen Umfeld durch Know-how, innovative Ideen und auch Mut, die besten Lösungen für unsere Kunden zu finden, daran arbeiten wir mit unseren Entwicklern und Partnern tagtäglich“, schließt Peter Hautke. „In der Zusammenarbeit mit AM Pioneers und BMF hat sich dieser Ansatz bestens bewährt.“ (sb)

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