BMW Group Werk München: maßgeschneiderte Montagehilfe aus dem 3D Drucker (Industrie 4.0)
BMW
Im Rahmen eines Pilotprojekts in der Fahrzeugmontage kommt im BMW-Werk München seit kurzem ein neues ergonomisches Hilfsmittel zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine flexible Orthese, die die Mitarbeiter bei bestimmten Montagetätigkeiten vor einer übermäßigem Belastung der Daumengelenke schützen soll.
Industrie 4.0 bedeutet für BMW die Nutzung neuer Techniken, um die Mitarbeiter in der Produktion und in produktionsvorbereitenden Bereichen optimal zu unterstützen. Wie das funktionieren kann, soll ein Pilotprojekt in der Fahrzeugmontage des Werks München demonstrieren. Seit Kurzem wird dort ein neuartiges, ergonomisches Hilfswerkzeug eingesetzt: eine flexible Orthese, die die Mitarbeiter bei bestimmten Montagetätigkeiten vor einer übermäßigen Belastung der Daumengelenke schützt. Das Projekt ist Bestandteil einer Dissertation in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Ergonomie der Technischen Universität (TU) München. Jede der flexiblen Montagehilfen ist ein Unikat und wird individuell auf die jeweilige Handform und -größe des einzelnen Mitarbeiters angepasst. BMW stellt die Orthesen selbst mittels additiver Fertigungsverfahren - 3D-Druck - her.
Orthese für das Anbringen von Stopfen aus Hartgummi
Zum Einsatz kommen die Orthesen im Rahmen des Pilotprojekts beim Anbringen von Stopfen aus Hartgummi. Diese werden per Daumen eingedrückt und verschließen unter anderem Ablauflöcher für den Karosserielack. Hierbei ist auch bei kräftiger Handmuskulatur ein gewisser Kraftaufwand notwendig. Die Funktion der Orthese erklären die Experten folgendermaßen: Um eine unnötige Überstreckung des Daumengelenks zu vermeiden, werden die Fingerlinge aus thermoplastischem Polyurethan wie eine zweite Haut über den Daumen gezogen. An den Daumengelenken ist die Montagehilfe unterbrochen, so dass sich der Daumen ungehindert bewegen lässt. Auf der Daumenrückseite hingegen ist das Kunststoffmaterial verstärkt. Wird der Daumen ausgestreckt, stoßen verstärkte Elemente aneinander und bilden so eine stabile Schiene. Dadurch wird die Kraft, die zum Eindrücken des Stopfens nötig ist, auf den gesamten Daumen bis hinunter zur Handwurzel verteilt. In ersten Praxistests wurden die Orthesen von den Mitarbeitern sehr positiv beurteilt, heißt es aus München. Aktuell werde geprüft, wie sich die Hilfsmittel flächendeckender im Produktionsalltag einsetzen lassen.
Mobiler 3D-Handscanner
Jedes dieser Werkzeuge entsteht individuell für seinen Benutzer. Dazu wird der Daumen des Mitarbeiters mit einem mobilen 3D-Handscanner vermessen. Auf Basis der Grundkonstruktion werde anschließend die künftige Orthese exakt berechnet und virtuell in einzelne Schichten unterteilt. Schicht für Schicht - jede etwa so dick wie ein menschliches Haar - werde das Werkzeug schließlich durch sogenanntes selektives Lasersintern hergestellt. Dieses additive Herstellungsverfahren funktioniert - vereinfacht gesagt - ähnlich wie ein 3D-Drucker: Ein digitaler Datensatz werde einzelne Schichtinformationen geschnitten. Diesen Schichtdaten folgend, werde ein Kunststoffpulver mittels CO2-Laser in einer vorgeheizten Baukammer selektiv aufgeschmolzen. So verbinde sich der Kunststoff nicht nur zu der gerade entstehenden Ebene, sondern auch mit der zuvor geformten.
Hergestellt wird die Daumen-Orthese laut Angaben aus thermoplastischem Polyurethan. Der Werkstoff ist grundsätzlich elastisch, bildet aber bei größerer Materialstärke eine feste und steife Verbindung. Die mechanische Zugfestigkeit ist hoch, so dass der Werkstoff auch eine stärkere und dauernde Beanspruchung aushält, ohne zu zerreißen. In Forschungsprojekten zusammen mit BMW wurde das neuartige Material nach mehreren Jahren Entwicklungszeit erst kürzlich zur Marktreife geführt. Ein wesentlicher Vorteil sei dass sich die mechanischen Bauteileigenschaften gezielt mittels Kombination verschiedener Prozessparameter für den jeweiligen Verwendungszweck maßschneidern lassen.