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Individualisierte Bedruckung in 4D

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Kinderleicht und originell können Kunden im Heidelberger mymuesli-Shop ihre Verpackung mit Farbmotiven und Text selbst dekorieren, beim Bedrucken zusehen und alles gleich mit nach Hause nehmen. (Foto: Heidelberg)

Eine innovative digitale Druckmaschine von Heidelberg ermöglicht erstmals auch kleineren Unternehmen das individuelle Bedrucken von dreidimensionalen Objekten ab Losgröße 1. Ob Müsli-Karton, Fußball, Tasse oder Sportschuh – der kompakte Jetmaster Dimension bedruckt fast jeden beliebigen Gegenstand schnell, wirtschaftlich und in höchster Qualität. Die dafür notwendige Präzision der Bewegungsabläufe und das exakte, sichere Zusammenspiel der Anlagenkomponenten garantiert serienerprobte B&R-Technik.

Weihnachten, Hochzeiten, Geburtstage und andere Feste könnten so schön sein, wäre da nicht die leidige Frage nach dem passenden Geschenk. Kein Wunder, dass sich große Sportartikelhersteller, Internetplattformen und Online-Händler erfolgreich dieses Problems angenommen haben und individuell bedruckte Einzelstücke wie Grußkarten oder T-Shirts an die Frau oder den Mann bringen. Bisher beschränkte sich die Personalisierung allerdings auf Produkte, die eine weitgehend flache Oberfläche (max. 2,5 D) aufweisen und sich daher mit Standarddruckern verarbeiten lassen.

Bei dreidimensionalen Objekten war dagegen eine Individualisierung wegen des damit verbundenen hohen Aufwands nur ab Losgrößen von etwa 10 Stück (Tampondruck) oder bei Massenprodukten wie Getränke- oder Kosmetik-Flaschen wirtschaftlich machbar. Nun hat die Heidelberger Druckmaschinen AG (Heidelberg) dafür gesorgt, dass Unternehmen bei der Produktpersonalisierung in neue Dimensionen vorstoßen können.

Individuelles Bedrucken von 3D-Objekten

„Wir haben in enger Zusammenarbeit mit B&R und anderen führenden Technologiepartnern den Jetmaster Dimension geschaffen. Diese Standardmaschine erlaubt es erstmals, mit minimalem Anpassungsaufwand fast jedes 3D-Objekt mit individuellen Texten und fotorealistischen Bildern schnell und in hoher Qualität zu bedrucken“, sagt Dr. Bernard Beier, Leiter der Vorentwicklung bei Heidelberg. „Damit können auch kleinere Unternehmen individuell gestaltete Produkte ab Losgröße 1 zu attraktiven Konditionen anbieten und so ihren Kundenkreis erweitern.“

Diese Möglichkeit haben bereits mehrere Firmen erfolgreich für sich genutzt. MyMuesli setzt seit neuestem einen Jetmaster Dimension 250 in der Heidelberger Filiale ein. Kunden können dort seitdem nicht nur Müslimischungen nach ihren Vorlieben zusammenstellen, sondern auch gleich noch die Verpackung vor Ort mit eigenen Bildern und Texten individualisieren und sofort mitnehmen.

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ACOPOS-Antriebe erhalten ihre Software zentral von der B&R-Steuerung, ohne dass dafür manuelle Eingriffe nötig wären. Größere Stückzahlen, reduzierte Produktzyklen und bessere Qualität sind durch höhere Präzision einfach realisierbar.

Drucken in einem Durchgang

„Eine der Herausforderungen ist hier, dass bei näherer Betrachtung viele Bedruckobjekte wie die Pappbecher von MyMuesli von der idealen Form abweichen“, gibt Beier zu bedenken. „Jedes Objekt wird daher vor dem Bedrucken separat vermessen.“ Danach erfolgt die Vorbereitung der Oberfläche mit einem Atmosphärenplasma für das anschließende Bedrucken. Damit der Druckvorgang besonders schnell geht, kommt ein Single-Pass-Druckkopf (6 Farben) zum Einsatz. Das heißt, dass jeder Druckpunkt anders als bei üblichen Office-Tintenstrahldruckern nur einmal angefahren wird. Ein LED-UV-Strahler trocknet (pinnt) dabei jeden Farbpunkt vor, um ein Verlaufen zu verhindern. Abschließend härtet ein UV-Strahler das fertige Druckbild vollständig aus. Danach ist der Bearbeitungsdurchlauf abgeschlossen und das Objekt sofort einsatzbereit.

Für die Platzierung des Bedruckobjekts und dessen Rotation unter den verschiedenen fest montierten Bearbeitungsstationen (Messen, Oberflächenvorbearbeitung, Drucken, Aushärten) ist der Jetmaster Dimension 250 mit einem Vierachsroboter ausgestattet. Dabei muss die Bahn mit einer Genauigkeit von weniger als 20 μm abgefahren werden, um bei einer Auflösung von 300 dpi das vom Endkunden erwartete hochwertige Druckbild zu erreichen. Das erfordert eine absolut präzise Regelung der Roboterachsen und deren Synchronisierung mit der Druckkopfansteuerung.

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Mit dem Jetmaster Dimension von Heidelberg können 3D-Objekte wie Dosen, Fußbälle oder Sportschuhe mit B&R-Technik sicher und schnell individuell bedruckt werden. (Foto: Heidelberg)

Führende Technologiepartner an Bord

„Für uns stand von Anfang an fest, dass wir die Maschine zusammen mit Partnern umsetzen wollen, die Spezialisten auf ihrem Gebiet sind. Dieses Vorgehen garantiert nicht nur den Zugriff auf die fortschrittlichsten Technologien, sondern verspricht auch verkürzte Projektlaufzeiten“, sagt Beier. „Diese Einschätzung hat sich bestätigt. Vom ersten CAD-Strich bis zur Inbetriebnahme des Prototypens vergingen gerade einmal 10 Monate.“

Der zu Beginn des Projekts definierte Anforderungskatalog für die Antriebs- und Steuerungstechnik umfasste dabei aber weit mehr als eine hohe Bahngenauigkeit und ein flexibles, offenes Automatisierungssystem, mit dem sich mit überschaubarem Aufwand die diversen Subsysteme zu einer homogenen Einheit integrieren lassen, stellt Holger Leonhardt, der verantwortliche Gruppenleiter für die 4D-Technologie bei Heidelberg, klar: „Eine für uns geeignete Automatisierungstechnik muss nicht nur den geforderten Funktionsumfang abdecken, sondern auch serientauglich sein. Das erfüllen jedoch viele Kaufsteuerungen nicht.“

Serientauglich heißt für den Heidelberg-Manager, dass die Steuerung auch ohne eine Entwicklungsumgebung in Betrieb genommen werden kann und zur Laufzeit konfigurierbar ist. Zudem muss eine Versionierung der Steuerungssoftware einschließlich der zugehörigen Softwarewerkzeuge gewährleistet und ein automatisches Update der Steuerung und der angeschlossenen Automatisierungskomponenten möglich sein.

„Die Technik von B&R ist uneingeschränkt serientauglich und passt gut in unseren Produktionsablauf.“ Holger Leonhardt, verantwortlicher Gruppenleiter für die 4D-Technologie bei Heidelberg

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Das X20-System ist nicht nur ein dezentrales I/O System, sondern auch eine komplette Steuerungslösung. Je nach Anwendung werden jene Komponenten kombiniert, die benötigt werden.

Uneingeschränkt serientauglich: B&R-Technik

Ersten Sondierungsgesprächen auf der Drupa 2012 folgten schnell intensivere Gesprächsrunden mit den Experten von B&R. „Zu unserer Überraschung hat B&R auf Anhieb 75% unserer Anforderungen erfüllt. Das war beeindruckend“, fasst Leonhard das Ergebnis zusammen.

Dabei punktete B&R gerade auch auf dem Gebiet der Serientauglichkeit: Die Engineering-Umgebung Automation Studio verfügt über eine eingebaute Versionskontrolle. Daneben lassen sich B&R-Steuerungen wie gefordert via USB-Datenträger oder über Ethernet mit Software bespielen. Bei jedem Hochfahren des Systems wird zudem an einem definierbaren Ort nach einer Aktualisierung gesucht und gegebenenfalls ein automatisches Updates ausgelöst.

ACOPOS-Antriebe erhalten ihre Software darüber hinaus zentral von der B&R-Steuerung, ohne dass dafür manuelle Eingriffe nötig wären. „Da die Steuerungssoftware zur Laufzeit konfigurierbar ist und auch die Verdrahtungslisten über mitgelieferte Tools manipulierbar sind, kommen wir mit nur einem Softwareprojekt für unterschiedliche Maschinenkonfigurationen aus“, sagt Leonhardt. „Die B&R-Technik ist damit uneingeschränkt serientauglich und passt gut in unseren Produktionsablauf.“








Die serientaugliche Steuerungs- und Automatisierungstechnik von B&R sorgt bei dem Jetmaster Dimension für präzise Bewegung und optimale Druckergebnisse. (Foto: Heidelberg)

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Technologiekonvergenz erleichtert

Damit war B&R der Zuschlag seitens Heidelberg sicher. Das durchgängige, skalierbare und umfassende Produktportfolio von B&R hat auch maßgeblich dazu beigetragen, dass der ambitionierte Zeitplan für die Entwicklung des Jetmaster Dimension eingehalten werden konnte. Dabei spielte die Offenheit und Flexibilität der B&R-Lösung eine zentrale Rolle, da sie die Integration neuer beziehungsweise verschiedener Technologien unter einer Steuerung vereinfacht.

Ebenso überzeugend fand der Gruppenleiter aber auch den Support vor und während der Umsetzung der Maschine: „Nach nicht so guten Erfahrungen mit einem sehr großen Steuerungslieferanten hat uns B&R definitiv auch hier positiv überrascht und unsere Erwartungen weit übertroffen“, sagt Leonhardt: „Die Mitarbeiter des Unternehmens sind Experten ihres Fachs, in Automatisierungsfragen bewandert und in der Lage, sich in unsere Aufgabenstellungen hineinzudenken und passende Lösungen aufzeigen.“

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