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Anwendung von Rapid-Prototyping-Technologien bei Entwicklung und Produktionsanlauf einer hochwertigen Digitalkamera für Profi-Fotografie

Anwendung von Rapid-Prototyping-Technologien bei Entwicklung und Produktionsanlauf einer hochwertigen Digitalkamera für Profi-Fotografie

  1. Dipl.-Ing. Günter Ganß Günter Ganß Prototyping
  2. Dipl.-Ing. Löhnert Ralf JENOPTIK Laser Optik Systeme GmbH

Abstracts

In der digitalen Fotografie sind die Entwicklungszeiten wesentlich kürzer als in der konventionellen Fotografie. Speziell in der professionellen Fotografie muss man als Hersteller digitaler HighEnd Kameras immer auf dem neuesten Stand der Technik sein, um erfolgreich Kameras verkaufen zu können. Dabei werden die „Verkaufsfenster“, also die Zeit, in der die vorliegende technische Lösung als Produkt am Markt bleibt, immer kleiner. Vom Projektstart bis zur Vorstellung der eyelike eMotion auf der Photokina 2004 waren nur 6 Monate Zeit. Durch diesen enormen Zeitdruck und den komplett neuen Entwicklungsinhalt –unser erstes hochwertiges Digitalrückteil für den rechnerunabhängigen mobilen Einsatz – war es notwendig, ein Fertigungsverfahren zu wählen, das einerseits die schnelle Verfügbarkeit von Musterteilen gewährleistet, andererseits die Möglichkeit bietet, notwendige Änderungen kurzfristig und mit möglichst geringem Kostenaufwand einfließen zu lassen.

The development periods in the area of digital photography are considerably shorter than in conventional photography. In particular in the area of professional photography, manufacturers of high-end cameras are obliged to keep abreast of the state of the art in order to sell cameras successfully. As a result, the “sales windows”, i.e. the time during which the respective technical solution remains as a product on the market, are becoming increasingly shorter. A mere 6 months were available from the project kick-off until presentation of the eyelike eMotion at the Photokina 2004. This incredible pressure in terms of time and the entirely new development content – our first high-end digital rear component for PC-independent mobile applications – meant that it was necessary to select a manufacturing process guaranteeing the swift availability of sample components while offering the possibility to incorporate any requisite changes at short notice and combined with as little cost as possible.

Keywords

Mit o.g. Parametern wurde klar, dass die bisherigen Feingussgehäuse der eyelike-Kameras nicht mehr zum Einsatz kommen konnten. Eine Gewichtsreduzierung war nicht mehr realisierbar, weiterhin erwies sich vom Zeitplan her eine Gussvariante als zu langwierig. Außerdem sollte sich der grundlegende Modellwandel auch in einem neuen Outfit widerspiegeln. In Zusammenarbeit mit einer Jenaer Werbeagentur mit Erfahrung in der strategischen Produktentwicklung entstand ein Gehäusedesign, das mit technischem Inhalt umzusetzen war.

Abb.1: Konzeptstudie Kamera/ Firma JO L.O.S.

Das Gehäuserückteil entwickelte sich zu einem komplexen Hauptbauteil, verbunden mit dem Frontmodul stellt es den eigentlichen Kamerabody dar. Es beinhaltet multifunktionale Aufgaben, z. B. Aufnahme für das Display mit Schutzglas und den Bedienfeldern, Träger des Displayboards und Verbindung zur restlichen Elektronik, Darstellung der Arbeitsmodi über LWL-Stab, aber auch Befestigungsmöglichkeiten für das Frontteil und den Verriegelungsmechanismus der Tür. Weiterhin muss es eine EMV-Abstrahlung des Elektronikteils nach außen verhindern. Sehr wichtig ist auch ein formschlüssiger Übergang zur Frontplatte, liegt dieser doch in der Sichtachse des Fotografen und soll damit einen positiven ästhetischen Eindruck hinterlassen.

Abb.2: Darstellung der Einzelkomponenten/ Firma JO L.O.S.

Aus obigen Forderungen wurden die nachfolgenden technischen Parameter als Fertigungsgrundlage festgelegt:

a) Gehäuserückteil

  • Wandstärke 2,5 mm

  • Ausformschrägen 0,5°

  • Definierte Lage/ Ausrichtung der Einsatzstellen für Gewindebuchsen

  • Toleranzen an den Ausbrüchen +0,1 mm

  • Alle Außenflächen Feinstruktur nach VDI 3400 mit Erodierstruktur 30, Mittenrauwert 3,15 µm, Rauheitskennzahl N8

  • Einsatz flammhemmenden ( UL-gelisteten ) Materials, Oberfläche nach ISO1302, RAL7016 eingefärbt

  • Allgemeintoleranzen nach ISO2768 m

  • Gehäuseinnenseite mit Al-Leitlack bedampft, Widerstandswert über gesamte Fläche maximal 5 Ohm

b) Türbelag, Griffbelag, Fußabdeckung

  • UL-gelistetes, gummiähnliches Material

  • Shore-Härte 55 A

  • RAL9005 eingefärbt

  • Alle Außenflächen Feinstruktur nach VDI 3400 mit Erodierstruktur 30, Mittenrauwert 3,15 µm, Rauheitskennzahl N8

Die beschriebenen Bauteile lassen sich prinzipiell in den geforderten Genauigkeiten mit spanender Fertigung herstellen, allerdings mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand.
Alternativ dazu mit wesentlichen Spareffekten in Kosten und Zeit kommen die heute zum Standard gehörenden Rapid-Prototyping-Technologien mit Ihren Folgeprozessen zur Anwendung. Die Teilegeometrie und die geforderten Parameter der hier betrachteten Teile lassen zur Urmodellherstellung nur das Stereolithografieverfahren zu, d.h. aus modellierten 3D-CAD Daten wird ein STL-File exportiert – die Basis für die Fertigung der Urmodelle mittels Stereolithografie. Hier werden dreidimensionale Geometrien aus photoreagierenden Flüssigmonomeren schichtweise aufgebaut und durch Laser gehärtet. Neueste Entwicklungen der Anlagentechnik und die Verfügbarkeit hochwertiger Epoxidharze schaffen die Voraussetzung zur Anwendung dieser Technologie für Bauteile aus dem Feinwerkbereich. Das Gehäuse wurde nach Optimierung der Baulage mit einer Baustufe von 0,05mm gefertigt. Obwohl die Stereolithografie das Verfahren mit der größten Detailvielfalt und der höchsten Genauigkeit (gegenwärtig) ist, lassen sich die damit gefertigten Formteile nur bedingt als Funktionsmuster einsetzen. Ursache sind die mechanischen und thermischen Eigenschaften der zur Verfügung stehenden Epoxidharze sowie die in den drei Baurichtungen erreichbaren unterschiedlichen Genauigkeiten und Oberflächengüten.

Abb.3: Stereolithografiemodell Abdeckung, gefinisht, abgeklebt / Firma Ganß

Die STL-Modelle werden deshalb entsprechend aufbereitet, um als Abgussmuster für das Vakuumgießen in Silikonformen zur Verfügung zu stehen. Aufbereiten bedeutet hier exaktes Oberflächenfinish im Sichtbereich, Versiegelung im Innenbereich und Maßtoleranzpräzisierung für vorher festgelegte Prüfmaße. Die so vorbereiteten Modelle werden anschließend in Silikon eingeformt und über das Vakuumgießverfahren können Kunststoffteile hochpräzise mit komplexer Geometrie kostengünstig und sehr schnell zur Verfügung gestellt werden.

Abb.4: Silikonwerkzeugsatz, 4-teilig / Firma Ganß

Die Fertigung derartiger Formteile im Vakuumgießverfahren wird möglich durch eine anspruchsvolle werkstoff- und anlagentechnische Basis wie:

  • Verfügbarkeit hochbelastbarer und präzise abbildender additionsvernetzender Silikonkautschuksysteme

  • Einsatz vakuumverarbeitbarer Gießharze, die im Eigenschaftsbild den Serienwerkstoffen identisch und zum Teil überlegen sind

  • Nutzung spezieller Anlagentechnik unter Einbeziehung neuester gieß - und vakuumtechnischer Erkenntnisse

Ergänzt durch firmenspezifische Techniken beim Formenbau und die exakte Kontrolle und Optimierung der Prozessparameter konnten sieben Tage nach Vorlage baufähiger STL-Daten 25 Vakuumgießteile Gehäuse zum nachfolgenden Arbeitsgang Metallisieren bereitgestellt werden.

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