MIO Eine Luxus-Zahnbürste aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Jürgen Schreier

Für die meisten Menschen ist ein "Wegwerfartikel": die Zahnbürste. Das soll sich nun ändern. Statt auf Plastik und Spritzguss setzt der italienische 3D-Druckspezialist Zare auf edles Design, Metall und additive Fertigung und bedient all jene, die auch bei der Mundhygiene das Besondere schätzen.

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Damit wird Zähneputzen zum exklusiven Erlebnis: Design-Variante 2 der MIO-Luxus-Zahnbürste
Damit wird Zähneputzen zum exklusiven Erlebnis: Design-Variante 2 der MIO-Luxus-Zahnbürste
(Bild: Zare)

Italienisches Design ist weltbekannt. Wem kämen dabei nicht Namen wie Pininfarina, Giugiaro, Sottsass oder Alessi in den Sinn. Man denkt an leistungsstarke Autos mit eleganten Linien, edle Möbel oder kultige Haushaltsgegenstände. Nun gibt es ein italienisches Kult-Designstück mehr: Das Unternehmen Zare aus Boretto - bis dato eher im Rapid Prototyping zuhause - entwickelte gemeinsam mit dem Designbüro von Christoph Nussbaumer an ein neues Zahnbürsten-Design. Ungewöhnlich ist nicht nur das Designs dieses sonst eher schnöden Hygieneartikels, sonder auch das Produktionsverfahren. Denn die Edel-Zahnbürste aus Metall mit dem Brand "MIO" kann nur mittels additiver Fertigung hergestellt werden.

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Dass der 3D-Metalldruck Funktionalität und Geometrie von Produkten neu definiert, zählt zu den Stärken besonderen Stärken dieses Verfahrens. So überrascht es wenig, dass auch eine 3D-Zahnbürste aus Metall komplett anders als eine herkömmliche Zahnbürste wirkt - obwohl es seit Jahren bereits Designerzahnbürsten aus Kunststoff gibt, die mit Spritzgießmaschinen gefertigt werden. Schon heute treffen Individualisierung und Funktionalität auf ergonomisch durchdachtes Design, dessen Farben- und Formensprache uns gefangen nehmen und obendrein zu einem ordentlich Putzergebnis führen soll. Die 3D-Metallzahnbürste von Zare geht hier aber noch einen Schritt weiter.

Kreativ in der Krise: Kleinserienfertiger sucht neue Geschäftsfelder

Andrea Pasquali, Mitinhaber von Zare, erläutert, wie man zum Thema Metall-Zahnbürste kam: „In der Krisenzeit 2008 bis 2010 suchten wir als Dienstleister im Prototyping und der Kleinserienfertigung nach neuen Geschäftsfeldern und Herstellungsmöglichkeiten. In diesem Zusammenhang sind wir auf das Thema Additive Manufacturing und dessen Chancen gestoßen. Relativ schnell erkannten wir die besonderen Stärken dieser Fertigungstechnologie gegenüber konventionellen Verfahren für unsere Kunden aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Medizin- und Dentaltechnik, dem Motorsport oder der Verpackungsindustrie. Die Vorteile lagen auf der Hand – Additive Manufacturing sparte Zeit und Geld. Produkte waren schneller verfügbar, es gab keine Werkzeuge oder Vorlaufkosten. In Bezug auf Funktionalität und Geometriefreiheit liegen hier bislang unbekannte Möglichkeiten, ein Bauteil zu designen. Die generelle Aussage, dass die Herstellung mittels Additive Manufacturing zu teuer sei, wollten wir nicht gelten lassen, da es insbesondere darauf ankommt, die richtigen Bauteile für die additive Fertigung zu identifizieren. Im Jahr 2009 schafften wir uns daher den ersten 3D-Kunststoffdrucker an.“

Andrea Pasquali, Mitinhaber von Zare: „Additive Manufacturing bedeutet für uns bei Zare einfach eines: Jedes Produkt kann kreativer gestaltet und neu gedacht werden.“
Andrea Pasquali, Mitinhaber von Zare: „Additive Manufacturing bedeutet für uns bei Zare einfach eines: Jedes Produkt kann kreativer gestaltet und neu gedacht werden.“
(Bild: Zare)

Seite 2013 steht der erste 3D-Metalldrucker bei Zare

Immer mehr Anfragen nach metallischen Produkten signalisierten Zare die wachsende Bedeutung des 3D-Metalldrucks. So begann man zunächst, Metallprojekte generell mit einem Dienstleister abzuwickeln. Schnell offenbarten sich diverse Stolpersteine - vor allem, was die Oberflächengüte der Produkte betraf. Im Jahr 2013 beschaffte sich Zare daher seinen ersten eigenen 3D-Metalldrucker – eine M2 cusing von Concept Laser.

„Das war ein logischer Schritt in die 3D-Welt mit Metallen für uns. Wir konnten Anfragen und Aufträge eigenverantwortlich, schnell und vor allem konstruktiv abwickeln. Heute liegt unser Verhältnis von Kunststoff- zu Metallprodukten bei 40 zu 60“, erläutert Andrea Pasquali. Durch die Erfahrungen mit konventionellen Techniken der Zerspanung oder dem Prototyping in Kunststoff konnte Zare demgegenüber sehr frühzeitig die Stärken des 3D-Metalldrucks erkennen und seine Kunden auf die neuen Möglichkeiten einstimmen.

Obwohl Zare im 3D-Druck mit Metall erfolgreich unterwegs war, drängte sich die Idee einer Designer-Zahnbürste aus Metall nicht unbedingt auf. Auch nicht, als Andrea Pasquali vor zwei Jahren auf den renommierten österreichischen Designer Christoph Nussbaumer zuging, um mit ihm zusammen den Grundstein für ein weiteres Standbein zu schaffen.

Werkstoffe sind in der Zahnmedizin erprobt

Inspiriert von der gemeinsamen Begeisterung für die Geometriefreiheit, die mit additiven Fertigungsmethoden möglich ist, entstanden verschiedenste Ideen. Ziel war es, aus einem Gegenstand des alltäglichen Gebrauchs ein Luxusgut zu kreieren, das so noch nicht erhältlich war und formbedingt auch nur additiv herzustellen wäre. Letztlich entschied das Bauchgefühl. Die Wahl fiel auf eine „individualisierbare“ Zahnbürste aus Metall. Die Herstellkosten waren dabei nicht entscheidend. Das einzigartige Design, der Exklusivitätsgedanke sowie die Benutzerfreundlichkeit, in diesem Fall die Ergonomie, standen im Vordergrund.

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Bei Zare im Prototyping und in der Kleinserienfertigung zuhause, führten diese Abhängigkeiten zu einem völlig neuen Ansatz. Warum die bisher 3D-gedruckten Zahnbürsten nicht aus Edelstahl oder Titan fertigen? Beide Materialien sind für den oralen Einsatz zertifiziert und im Bereich der Zahnmedizin im Einsatz. Edelstahl 316L ist in der Dentaltechnik verbreitet. Titan ist biokompatibel und insbesondere für Allergiker in hohem Maß attraktiv. Zudem strahlen beide Materialien die Wertigkeit und Exklusivität aus, die die neue Designer-Zahnbürste vermitteln sollte.

Die logische Ableitung: Beide Materialien eignen sich perfekt zur Herstellung der designerischen Vision. Zudem lässt sich mit einer M2 cusing Multilaser von Concept Laser eine sehr gute Oberflächenqualität erzielen. Vor allem im oralen Bereich kommt es aber auf eine perfekte Oberflächenqualität des Endproduktes an, weshalb eine rein manuelle Nacharbeit der Zahnbürste erfolgt, um ein perfektes Ergebnis zu erzielen und maximalen Gebrauchskomfort zu gewährleisten.

Schön und zugleich funktional nützlich

Designer Christoph Nussbaumer arbeitete nach seinem Design-Studium in Italien für internationale Designagenturen in Salzburg (A), Mailand (I) und Boston (USA). Als Kopf einer von ihm gegründeten Designagentur in Novellara (Italien) konnte der gebürtige Österreicher bereits über 100 Design- und Industriepreise gewinnen. Zu seinen Stärken zählen anwendungsbezogene Ergonomie, Biomechanik im Sport und Branding.

Christoph Nussbaumer über die Entstehung der 3D-gedruckten Zahnbürste: „Ich erinnere mich noch sehr gut, als wir, Andrea Pasquali und ich, uns das erste Mal für ein neues Projekt in meinem Büro trafen. Wir dachten über ein Produkt nach, das die extreme formale Designfreiheit der additiven Fertigung abbilden konnte. Wir werteten mögliche Produkte wie Fahrräder, Lampen und Schmuck aus. Bei Schmuck hielten wir inne. Schmuck bedeutet handwerkliche Kunst in allen Phasen, von der Idee und Fertigung bis zur Veredelung. Auf der anderen Seite war uns auch klar: Wir wollten ein funktional nützliches Produkt kreieren. Ein Produkt, das man jeden Tag benutzt, wie z.B. eine Zahnbürste. Nützlich, exklusiv und nicht zu extravagant, denn man zeigt seine Zahnbürste nicht als Statussymbol. Letztendlich haben wir ein alltägliches Objekt in ein kostbares, personalisiertes Juwel verwandelt, welches den Besitzer jeden Tag begleitet, darüber hinaus aber zeitlos ist.“

Individualität gepaart mit griffigem Markennamen

Nach rund einem halben Jahr hatte man sich auf zwei Design-Varianten festgelegt, die jeweils in der Ausführung für Rechtshänder und Linkshänder sowie in zwei verschiedenen Materialien (Edelstahl 316L und Titan) erhältlich sind. Beide Design-Versionen wurden patentiert. Jede Zahnbürste hat eine Seriennummer und ist individualisierbar. Die Oberfläche kann matt, poliert oder galvanisiert geordert werden, oder in der Version "MIO Raw" ohne weitere Oberflächenbehandlung. Mit seinem ergonomischen Design und wechselbarem Borstenkopf, dessen Grundkörper aus Silber besteht, ist die 3D-gedruckte Zahnbürste extrem langlebig, individualisierbar und signalisiert ein neues Niveau der Wertigkeit in der Anmutung.

Eine hochwertige Verpackung, hergestellt mittels 3D-Kunststoffdruck hergestellt, soll diesen Eindruck unterstreichen. Das neue Produkt aus dem Consumer-Bereich erforderte aber auch eine andere Vermarktungsstrategie mit einem eigenen Markennamen, zur Entkoppelung eines Produzenten und Vermarkters vom bisherigen Profil eines Dienstleisters wie Zare.

Die Idee für das Branding war dann der Name „MIO“, was zu Deutsch „Mein“ bedeutet. Keine ungewöhnliche Wahl für ein individualisierbares Luxusprodukt. Bei erfolgreicher Markteinführung kann man sich bei Zare vorstellen, dass die Marke „MIO“ zukünftig weitere Luxusprodukte auf der Basis von additive Manufacturing umfassen wird. In jedem Falle zeigt die „Bauchentscheidung“ von Zare schon heute eines ganz klar: Es geht beim 3D-Metalldruck darum, die Kreativität von Design und Geometrie in neue Produkte und neue Funktionalitäten umzusetzen.

Zare setzt auf Maschinen von Concept Laser

Als Zare im Jahr 2013 in den 3D-Metalldruck einstieg, wollte man die manchmal negativen Erfahrungen bei Dienstleistern in puncto Qualität und Oberflächengüte möglichst vermeiden. Durch den Vertriebspartner Ridix von Concept Laser in Italien fand Zare den Anlagenhersteller seiner Wahl. Die positiven Erfahrungen mit der ersten Investition im Jahr 2013 in eine Concept Laser M2 cusing führten zur Anschaffung einer Mlab cusing R. Hinzu kamen bald drei weitere M2 cusing Multilaser und schließlich eine X LINE 2000R, um auch sehr große Teile anbieten zu können. Von Anfang an war die Verlässlichkeit der M2 cusing bei Zare sprichwörtlich. Gelobt wurde auch das besonders gute Handling durch die Concept Laser-typische Trennung von Prozessstufe und Handling-Stufe, vor allem, es ging ja auch um reaktives Titan, unter Sicherheitsaspekten.

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Andrea Pasquali: „Überraschend waren Materialwechsel für uns. Auf anderen am Markt verfügbaren Maschinen dauerte ein Materialwechsel, und der ist bei uns nicht ungewöhnlich, sehr lange und war zudem kompliziert. Wollten wir flexibel in der Produktion sein, dann waren Materialwechsel wirtschaftlich nur auf den Maschinen von Concept Laser möglich. Die Lasercusing-Maschinen sind sehr viel einfacher einsetzbar und bieten deutlich mehr Flexibilität und Sicherheit als andere Maschinen, die wir kennen.“

Hohe Oberflächengüte überzeugt

Aber auch auf anderen Feldern der Verfahrenstechnik wusste Concept Laser bei Zare zu überzeugen, wie etwa bei der Oberflächengüte. Bei den ursprünglichen Dienstleistern gab es hier immer wieder suboptimale Ergebnisse. Auf den Maschinen von Concept Laser war dies schon bei der ersten M2 cusing deutlich besser. Die ohnehin sehr gute Oberflächengüte konnte durch die Umstellung auf eine 3D-Optik gesteigert werden. Als vorteilhaft erweist sich auch die erhöhte Flexibilität durch die Möglichkeit einer variablen Laserspoteinstellung.

Bei den neuesten drei Maschinen von Concept Laser in Multilaser-Ausführung wurde die Produktivität deutlich gesteigert. Andrea Pasquali: „Die M2 cusing Multilaser eröffnet uns ganz andere Aufbaugeschwindigkeiten. Je nach Bauteilgeometrie und Werkstoff liegt hier die Steigerung der Produktivität bei 30 bis 40 %.“

Was ist LaserCUSING?

Mit dem patentierten LaserCUSING-Verfahren von Concept Laser werden mechanisch und thermisch belastbare metallische Bauteile mit hoher Präzision erstellt. Das Schmelzverfahren generiert Schicht für Schicht Bauteile unter Verwendung von 3D-CAD-Daten. Dabei wird feines pulverförmiges Metall durch einen hochenergetischen Faserlaser lokal aufgeschmolzen. Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Die Bauteilkontur wird durch Ablenkung des Laserstrahls mittels einer Spiegelablenkeinheit (Scanner) erzeugt. Der Aufbau des Bauteils erfolgt Schicht für Schicht (mit einer Schichtstärke von 15–500 μm) durch Absenkung des Bauraumbodens, Neuauftrag von Pulver und erneutes Schmelzen. .

Die Besonderheit der Anlagen von Concept Laser ist eine stochastische Ansteuerung der Slice-Segmente (auch „Islands“ genannt), die sukzessive abgearbeitet werden. Das patentierte Verfahren sorgt für eine signifikante Reduktion von Spannungen bei der Herstellung von sehr großen Bauteilen..

Die Concept Laser GmbH mit Sitz im fränkischen Lichtenfels wurde im Jahr 2000 von Frank Herzog gegründet und gehört heute zu den weltweit führenden Anbietern von Maschinen- und Anlagentechnik für den 3D-Druck von Metallbauteilen (Additive Manufacturing). Seit Dezember 2016 ist Concept Laser Teil von GE Additive, einer Sparte des General-Electric-Konzerns. GE Additive besteht seit 2016 und erwarb unter anderem 75 % der Unternehmensanteile von Concept Laser.

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