3D-Druck im Verpackungsmaschinenbau: Schneller, flexibler, individueller

Additive Fertigung beschleunigt nicht nur die Entwicklung von Verpackungsmaschinen, sondern ermöglicht auch individuelle, schnell verfügbare Bauteile – von Prototypen bis zu digitalen Ersatzteilen. Wie 3D-Druck den Maschinenbau verändert.

Ein Mitarbeiter prüft den Druckfortschritt eines Bauteils vor einem 3D-Drucker. — Additive Fertigung verändert die Entwicklung, Produktion und Wartung von Verpackungsmaschinen grundlegend.

Ob schnelle Prototypen, maßgeschneiderte Greifer oder nachhaltige Ersatzteile – der 3D-Druck bringt Tempo, Flexibilität und Individualisierung in die Entwicklung und Produktion von Verpackungsmaschinen. Gerade bei komplexen Geometrien oder kleinen Stückzahlen spielt die Technologie ihre Stärken aus. Was früher Wochen dauerte, ist heute oft eine Frage von Stunden. Kein Wunder also, dass spezialisierte Dienstleister, Maschinenbauer und Markenhersteller gleichermaßen auf additive Fertigung setzen. „Prototypen lassen sich deutlich schneller herstellen, und auch der Übergang zur Serienproduktion gelingt zügiger, da keine aufwändigen Rüstprozesse erforderlich sind. Ein 3D-Drucker kann flexibel verschiedene Geometrien produzieren – ideal für wechselnde Formate und kleinere Stückzahlen“, bringt es Melina Bluhm vom 3D-Druck-Spezialisten Replique auf den Punkt.

Teil einer Abfüllmaschine aus dem 3D Drucker — PET-CF-Sternräder von UltiMaker, inspiriert von Krones – für besseres Flaschenhandling in anspruchsvoller Produktion.

Andy Middleton, SVP EMEA bei UltiMaker – einem niederländischen Hersteller von 3D-Druckern – ergänzt: „Hersteller von Verpackungsmaschinen suchen in der Regel nach 3D-Drucklösungen, die Langlebigkeit, Präzision und Geschwindigkeit bieten.“ Denn die gedruckten Bauteile müssen extremen Belastungen standhalten – etwa Hitze, Druck oder dauerhafter mechanischer Beanspruchung – und dabei gleichzeitig enge Toleranzen einhalten. Für funktionale Anwendungen kommen daher meist Hochleistungsmaterialien mit ausgeprägten mechanischen Eigenschaften zum Einsatz: Sie vereinen hohe Festigkeit, Flexibilität, Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß.Mit Blick auf die Anwendungen stehen im Verpackungsmaschinenbau dabei vor allem Formatteile im Fokus – also Bauteile, die sich je nach Produkt und Verpackungsart regelmäßig ändern. Ein entscheidender Treiber ist dabei der immer kürzer werdende Produktlebenszyklus. Hersteller bringen ständig neue Produkte auf den Markt – und benötigen entsprechend schnell neue Formatteile. Mithilfe des 3D Drucks lassen sich diese schnell und flexibel an neue Produktformate anpassen – ein entscheidender Vorteil in einem dynamischen Marktumfeld. „Darüber hinaus ermöglicht die Technologie innovative Leichtbaulösungen und die Integration komplexer Funktionen, etwa durch kraftflussoptimiertes Design, integrierte Versorgungskanäle oder federnde Strukturen“, weiß Stefan König, Managing Director / CEO beim Verpackungsmaschinenbauer Optima.

Für besonders belastbare Anwendungen eignen sich laut Middleton Hochleistungsmaterialien wie kohlefaserverstärktes Nylon, PEEK oder Polycarbonat. Sie bieten exzellente Festigkeit, Verschleißresistenz und Maßhaltigkeit – ideal für Hochgeschwindigkeitslinien oder automatisierte Handling-Systeme.

Robotergreifer in einer Verpackungsmaschine hält verpackte Lebensmittel — Schubert setzt auf 3D-Druck, um Formatteile schnell und flexibel an neue Produktanforderungen anzupassen.

3D-Druck stärkt Maschinenverfügbarkeit

Bei Optima ist der 3D-Druck inzwischen fest als strategisches Werkzeug verankert. Er findet Anwendung in nahezu allen Maschinen und unterstützt die Entwicklung, Fertigung und den Service gleichermaßen. „Bereits in der frühen Konzeptphase ermöglichen 3D-gedruckte Testteile schnelle Machbarkeitsanalysen – noch vor Auftragseingang“, sagt Stefan König. Die Einsatzbereiche sind vielfältig: Greif- und Saugwerkzeuge, Formatteile, Abdeckungen, Reduzierungen oder Zuführeinheiten werden ebenso additiv gefertigt wie Vorrichtungen, Einstellehren oder Werkzeugaufnahmen für die Montage. Auch für Schulungen kommen 3D-gedruckte Modelle bei dem Unternehmen aus Schwäbisch Hall zum Einsatz.

Vor allem die Hersteller von Konsumgütern profitieren von der additiven Fertigung: Durch die schnelle Verfügbarkeit helfen individuelle 3D-Formatteile, die Verpackungsanlagen alle paar Wochen optimal auf neue Produkte anzupassen. „In so hart umkämpften Branchen wie beispielsweise dem Lebensmittelmarkt oder der Kosmetikindustrie ist es wichtig, schnell auf Marktveränderung zu reagieren. Möglich ist das eben mit dem 3D-Druck“, weiß Conrad Zanzinger, technischer Leiter bei SchubertAdditive Solutions.

Beim Maschinenbauer Harro Höfliger kommen 3D-gedruckte Bauteile teils als temporäre Lösung zum Einsatz, bis die konventionell gefertigten Ersatzteile verfügbar sind. „Einige unserer Kunden verfügen inzwischen selbst über 3D-Drucker, um bei Bedarf Ersatzteile eigenständig fertigen zu können und so die Verfügbarkeit ihrer Anlagen zu erhöhen“, erläutert Stefan Traub, Department Leader Design & Development bei Harro Höfliger.

Weniger Ausschuss, mehr Prozesssicherheit

Ein weiterer großer Vorteil des 3D-Drucks liegt in der Möglichkeit zur Individualisierung. „Neben der Produktion von Einzelteilen in variablen Geometrien können auch Baugruppen neu gedacht werden“, sagt Melina Bluhm. Das geschieht beispielsweise durch das Zusammenfassen vormals mehrteiliger Komponenten in einem einzigen Druckteil. Oder durch ein modulares Design, bei dem nur einzelne Elemente ausgetauscht werden müssen, um z. B. auf unterschiedliche Verpackungsformate zu reagieren.

Conrad Zanzinger bestätigt: „Viele Produkte aus dem Konsumgüterbereich sind aufgrund ihrer Form nur schwer zu verpacken. Herkömmliche Greifer in der Verpackungsmaschine sind manchmal nicht optimal auf die Ware abgestimmt und es kann sein, dass sie Produkte im Verpackungsprozess verlieren“. Anders ist das, wenn die Werkzeuge dank 3D-Druck perfekt auf das Lebensmittel oder das Kosmetikprodukt abgestimmt sind. Der Prozess in der Maschine läuft nicht nur sicherer ab, sondern es entsteht auch weniger Ausschuss, da die Produkte sicher in der Verpackung landen und nicht aus dem Griff des Werkzeugteils rutschen.

Im Servicebereich bietet die Additive Fertigung die Möglichkeit, Ersatzteile weltweit on demand zu fertigen. Das reduziert Ausfallzeiten erheblich und erhöht die Verfügbarkeit von Maschinen. Melina Bluhm sieht daher auch im On-Deman-Prinzip einen erheblichen Kundenvorteil. Die Bauteile müssen nicht mehr physisch auf Lager vorgehalten werden, sondern sind wie im Fall von Replique in einem digitalen Warenlager hinterlegt und können bei Bedarf abgerufen werden – in dem Moment, wenn beim Kunden der Auftrag eines Endkunden eingeht. Das ermöglicht eine effiziente, bedarfsgerechte Produktion. „Wir sagen gern: Das teuerste Ersatzteil ist das, das fehlt“, meint Melina Bluhm. Genau hier setzten digitale Ersatzteilmodell in Kombination mit dem 3D-Druck an: Die Produktion erfolgt über ein globales Netzwerk – idealerweise lokal beim Endkunden – und wird direkt an diesen ausgeliefert.

Der 3D-Druck hat sich damit also längst als strategisches Werkzeug im Verpackungsmaschinenbau etabliert – nicht nur in der Entwicklung, sondern über den gesamten Lebenszyklus einer Maschine hinweg. Von schnell verfügbaren Formatteilen über individualisierte Greifer bis hin zu digitalen Ersatzteillagern bietet die Technologie vielseitige Antworten auf die wachsenden Anforderungen an Tempo, Flexibilität und Effizienz. In einem Markt, der stetig neue Produkte und Formate fordert, wird additive Fertigung so zum entscheidenden Innovationstreiber.

Autor: Alexander Stark