Vom Bedarf zur neuen Technologie

Die Entwicklung der Technischen Feinstreinigung begann bereits vor mehreren Jahren auf Basis konkreter Kundenanforderungen, die deutlich machten, dass die Ansprüche an die technische Sauberkeit von Bauteilen stetig steigen. Daraus entstand der Ansatz, die eigenen Fertigungsmöglichkeiten um einen kontrollierten Reinigungs- und Verpackungsprozess zu erweitern.

„Die Technische Feinstreinigung wird zunehmend zu einem integralen Bestandteil der Fertigungs- und Qualitätskette. Gerade dort, wo kleinste Rückstände die nachfolgende Funktion beeinträchtigen können“, erläutert Markus Miehling (Bereichsleiter Qualitätssicherung und Technische Reinigung der toolcraft AG).

Im September 2024 fiel auf dem Firmengelände in Georgensgmünd der offizielle Spatenstich. Der Neubau umfasst rund 3.000 m², davon etwa 550 m² Reinraumfläche der ISO-Klasse 6. Die darin vorhandenen Anlagen sind für Bauteile mit Abmessungen von bis zu 1.500 × 1.700 × 1.500 Millimetern und einem Gewicht von bis zu 1.200 Kilogramm ausgelegt. Somit lassen sich auch großformatige und schwere Komponenten unter kontrollierten Reinraumbedingungen reinigen. Mit dem neu entstandenen Gebäude ergänzt Toolcraft die Fertigung um einen Prozessschritt, der insbesondere bei Bauteilen mit hohen Anforderungen an die technische Sauberkeit relevant ist.

Reinigung unter kontrollierten Bedingungen

Bei der technischen Feinstreinigung werden mikroskopisch kleine Partikel, Filme und Rückstände schonend, gezielt und rückstandsfrei von sensiblen Oberflächen entfernt. Dafür kombiniert Toolcraft nasschemische und physikalische Verfahren, die präzise und individuell auf Werkstoffe, Geometrie und Reinheitsanforderungen abgestimmt werden. Zum Leistungsspektrum gehören unter anderem die Vakuum-Trockenreinigung mit anschließender Restgasanalyse (RGA), die Nassreinigung im Ultraschallbad sowie Verfahren zur Kühlkanal- und Hochdruckreinigung.

Während des Reinraumprozesses erfolgt eine engmaschige Überwachung relevanter Umgebungsparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und Partikelkonzentration. Dadurch werden konstante und reproduzierbare Reinheitsbedingungen für nachgelagerte Prozesse, beispielsweise Montage und Verpackung, gewährleistet.

Höchste Reinheitsanforderungen für sensible Anwendungen

Anwendungsfelder der technischen Feinstreinigung sind unter anderem die Halbleiterindustrie, optische Nutzlasten, Sensoren und Kameras, Infrarot- und UV-Instrumente sowie Komponenten für Weltraumteleskope. Sämtliche Reinigungsprozesse und Prüfverfahren sind laut Angaben der toolcraft AG validiert, rückverfolgbar und erfüllen zudem die Anforderungen gemäß ASTM E595, einem von der NASA entwickelten, standardisierten Prüfverfahren zur Messung des Ausgasungsverhaltens von Materialien unter Vakuumbedingungen. Als Mitglied im Fachverband industrielle Teilereinigung (FiT) orientiert sich das Unternehmen zudem stets an den aktuellsten Entwicklungen und Standards der industriellen Reinigungstechnik.

Einbindung in die bestehende Fertigung

„Wir entwickeln unsere Technologien immer mit Blick auf die Anforderungen von morgen. Die Technische Feinstreinigung verbindet hochpräzise Reinigung mit kontrollierten Prozessbedingungen und eröffnet uns neue Möglichkeiten für anspruchsvollste Anwendungen. Damit setzen wir einen weiteren wichtigen Baustein in unserer technologischen Entwicklung und schaffen Voraussetzungen, um auch künftig komplexe Fertigungsaufgaben entlang unserer Prozessketten abzubilden.“ so Christoph Hauck, Vorstand Technologie und Vertrieb der toolcraft AG.

Der Neubau in Georgensgmünd schafft die räumlichen und technischen Voraussetzungen, um das Leistungsspektrum des mittelfränkischen High-End-Präzisionsteileherstellers zu erweitern. Eine weitere prozessentscheidende Kompetenz, die die Fertigungstiefe von Toolcraft nachhaltig und zukunftsgerichtet stärkt.

Die Ausgangslage:
Material, Design und Funktionalität verbessern

Um die mikroinvasive Kariesbehandlung mittels hochflüssigen infiltrierenden Kunststoffs zu optimieren, war DMG für die Neuauslegung der bestehenden Spritze und deren Dichtungen auf der Suche nach einem neuen Fertigungspartner. In diesem Zuge sollte nicht nur ein neues Material für den Dichtstopfen gefunden, sondern auch die Dichtung neu designt und die Funktionalität dadurch verbessert werden. Mit der Anfrage für die Entwicklung und Komponentenfertigung wandte sich die DMG Chemisch-Pharmazeutische Fabrik GmbH an toolcraft.

Die Herausforderung:
Höchste Anforderungen für Medizinbauteile erfüllen

Zunächst war es wichtig, das optimale Material zu finden. Es musste einerseits für die spezielle infiltrierende Flüssigkeit geeignet sein und andererseits die notwendige Shorehärte zur Abdichtung des Spritzenkörpers gewährleisten. Außerdem wurden höchste Anforderungen an die Bauteilgenauigkeit gestellt, wobei die Bezüge der Passungen zueinander sehr eng definiert waren. Eine weitere Herausforderung stellte das Thermomanagement für die 2K-Bauteile im Spritzgussprozess dar, denn der Unterschied der Verarbeitungstemperaturen für die PBT-Hart- und TPE-Weichkomponente war sehr groß. Zusätzlich lag der Fokus auf einer Taktzeitoptimierung zur Effizienzsteigerung, wobei gleichzeitig die hohen Qualitätsanforderungen für Medizinbauteile sichergestellt werden sollten.

Die Vorgehensweise:
Umfassende Beratung und Betreuung von Anfang an

• Beratung des Kunden in der Materialauswahl und Artikelkonstruktion
• Mitwirkung beim Design für vier Bauteile in drei verschiedenen Kunststoffen (2K PBT, TPE und 1K LSR)
• Konstruktion und Bau der beiden Werkzeuge
• Fertigung der Spritzgussteile
• Entnahme und Vereinzelung der Komponenten mittels Roboter inklusive Qualitäts- und Entnahmeprüfung
• Vermessung per CT-Scan
• Konstruktion und Bau einer Montagevorrichtung, um die beiden Bauteile zu fügen
• Montage der beiden Bauteile über die Montagevorrichtung

Das Ergebnis:
Automatisierte Fertigung, Montage und Qualitätsprüfung

Dank der Expertise von toolcraft konnten Serienfertigung, Komponentenmontage sowie die Serien-Bauteilprüfung mit CT-Scan automatisiert und die Komponenten optimiert werden. Angefangen mit der Beratung über die Konstruktion bis hin zum Fertigungsprozess mit Qualitätssicherung fand eine umfassende Kundenbetreuung statt. Dabei arbeiteten die Kolleg*innen aus den Technologien Formenbau, Spritzguss und Robotik bei toolcraft eng zusammen.

Die Ausgangslage:
Partner mit Robotik-Expertise gesucht

Bislang produzierte burgbad für ihre hochwertigen Badmöbel die Schubkästen und Auszüge ausschließlich händisch und mit Hilfe manueller Montagepressen. Durch diesen Prozess wurde zwar die Produktqualität sichergestellt, allerdings war die Herstellung aufwendig und zeitintensiv. Auf der Suche nach einem Partner, der bereits ähnliche Fertigungsprozesse erfolgreich automatisiert hatte, entschied sich burgbad für eine Zusammenarbeit mit toolcraft.

Die Herausforderung:
Vollautomatisierter Montageprozess für hohe Qualitätsansprüche

Um die sehr hohe Variantenvielfalt fertigen zu können, war die Entwicklung eines komplett neuen Montagekonzeptes mit drei variablen Pressen, fünf Robotern und vielen unterschiedlichen Zuführungspunkten für die verschiedenen Bauteile wie z.B. Zargen, Siphonblenden, Schrauben sowie Rückwände in verschiedenen Größen und Breiten notwendig. Gleichzeitig sollte die Anlage die Losgröße 1 abbilden können und eine hohe Ausbringung mit geringer Taktzeit gewährleisten. Um Schubladenbreiten in mm-Schritten individuell realisieren zu können, waren die Erkennung und Erfassung von Form und Lage der zugeführten Einzelteile und die Anbindung an das Fertigungsplanungs-System unerlässlich.
Dabei standen die Automatisierungs-Experten bei toolcraft vor der Herausforderung, einen prozesssicheren Ablauf umzusetzen, wofür intelligente Kamera- sowie Sensortechnik zum Einsatz kam. Entscheidend war die Einhaltung der Fertigungsreihenfolge mit absoluter Ausfallsicherheit, da ein Nachfolgeprozess auf den Output der Schubladenfertigung angewiesen war. Darüber hinaus war die gleichbleibend hohe Qualität des Herstellungsprozesses Grundvoraussetzung.

Die Vorgehensweise:
Genauigkeit in Planung und Umsetzung

• Konzeptphase zur Vorauslegung mit anschließender Testphase von kritischen Prozessschritten
• Exakte Definition der Anlagenumsetzung und des Prozessablaufs
• Feinplanung und Ausarbeitung der Konstruktion
• Montage, Programmierung und Testphase mit Inbetriebnahme bei toolcraft
• Abbau und Verpacken der Anlage bei toolcraft
• Aufbau und Inbetriebnahme vor Ort bei burgbad in Greding
• Schulung der zuständigen Produktions- und Instandhaltungsmitarbeitenden beim Kunden
• Serienbegleitende Unterstützung nach der Anlagenimplementierung

Das Ergebnis:
Qualitätssteigerung dank technischem Fortschritt

Die Prozess-Automatisierung konnte durch eine geringe Taktzeit einen deutlich höheren Output erzielen. burgbad konnte somit den Automatisierungsgrad der Fertigung dank toolcraft erfolgreich erhöhen und die Wirtschaftlichkeit sowie die Effizienz im Fertigungsprozess steigern.

Hochpräzise Verbindungstechnologien

Beim Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) erzeugt ein rotierendes Werkzeug Reibungsenergie, die das Material plastisch verformbar macht – ohne Aufschmelzen. So entstehen stoffschlüssige Verbindungen mit hoher Festigkeit. Besonders Aluminium- und Leichtmetalllegierungen profitieren von diesem Verfahren, das Verzug reduziert und die Mikrostruktur verbessert.

Das WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgasschweißen ermöglicht einen kontrollierten Lichtbogenprozess zwischen nicht abschmelzender Wolframelektrode und Werkstück. Mit oder ohne Zusatzwerkstoff entstehen saubere, spritzerfreie Schweißnähte, die sich für hochwertige Sichtnähte und anspruchsvolle Werkstoffe eignen. Gleichzeitig wird die Wärme präzise eingebracht, was Verzug minimiert.

Im Bereich des additiven Auftragschweißens nutzt Toolcraft das LMD-Verfahren (Laser Metal Deposition). Ein hochfokussierter Laserstrahl schmilzt die Oberfläche gezielt auf, während Metallpulver eingebracht wird. So lassen sich Verbindungen herstellen, Material auftragen oder Reparaturen durchführen – bei minimaler Wärmeeinbringung, hoher Präzision, geringer Verformung und guter Automatisierbarkeit, ideal für komplexe Serienbauteile.

Das Vakuumlöten rundet das Leistungsspektrum ab. In einem Vakuumofen werden Bauteile gleichmäßig erhitzt, das Lot schmilzt und benetzt die Fugen vollständig. Das Ergebnis sind hochfeste, oxidfreie und dichte Verbindungen ohne Flussmittelrückstände. Diese Technologie eignet sich vor allem für komplexe Geometrien, Materialkombinationen und Bauteile mit engen Verformungstoleranzen.

Qualität und Sicherheit durch zertifizierte Verfahren

Dank dieser technologischen Kompetenz kann Toolcraft flexibel auf unterschiedliche Werkstoffe wie Stahl- und Nickelbasislegierungen, Aluminiumlegierungen oder Kupfer- und Edelstahl-Kombinationen eingehen. Kunden profitieren zudem von der Einbindung in die vollständige Fertigungskette. Mit der gezielten Kombination dieser Verfahren positioniert sich das mittelständische Unternehmen als wirtschaftlich effizienter und technologisch versierter Partner im Bereich Fügetechnologien. „Unsere Prozesse sind nach DIN EN ISO 3834‑2 und DIN 2303 zertifiziert und stehen nachweislich für konstante Qualität und Sicherheit“, so Christoph Barth, Werkstofftechniker / Schweißfachingenieur (SFI) in der Additiven Fertigung bei Toolcraft. Insbesondere im Zusammenspiel mit additiven Fertigungstechniken eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Verkürzung von Fertigungszeiten, Reduktion von Materialkosten und Sicherstellung hoher Qualitäts­standards.

Die Ausgangslage:
Erweiterung des Funktionsumfangs von Durchflussreaktoren

Um die sichere Entwicklung chemischer Prozesse mit gefährlichen und schnellen Reaktionen zu gewährleisten, setzt InnoSyn auf kontinuierliche Verfahren in Strömungsreaktoren als Schlüsseltechnologie. Mithilfe experimenteller, theoretischer und simulationsbasierter Ansätze hat das Unternehmen intern fortschrittliche Reaktoren entwickelt, die durch komplexe Geometrien und integrierte Sensoren die sichere Handhabung anspruchsvoller chemischer Prozesse ermöglichen. Diese innovativen Designs übertreffen die Möglichkeiten konventioneller Herstellungsverfahren bei Weitem. Mit toolcraft hat InnoSyn einen Partner gefunden, der diese hochmodernen Reaktoren durch additive Fertigung präzise umsetzen kann. Dank der Zulassung als Materialhersteller nach DGRL 2014/68/EU können die von toolcraft gefertigten hochbelasteten Bauteile industriell eingesetzt werden.

Die Herausforderung:
Aufwändige Prozesse für ein optimales Ergebnis

Zunächst musste der Prozess für die Zertifizierung als Werkstoffhersteller von toolcraft erfolgreich durchlaufen werden, welcher ein hohes Maß an Professionalität in Bereichen wie Materialkennwerten, dem Qualitätsmanagementsystem, Dokumentation und Kommunikation mit benannten Stellen erfordert. Zudem musste definiert werden, wie die gefertigten Bauteile qualifiziert werden können und welche Dokumentationen dafür erforderlich sind.
Das Design wurde durch Simulationen gründlich validiert, was aufgrund der komplexen Innenstruktur notwendig war. Ziel war es, die Produktivität im Vergleich zu herkömmlichen Chargenverfahren zu steigern und gleichzeitig sicherzustellen, dass der Reaktor skalierbar ist, um unterschiedlichen Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Angesichts der Korrosivität der Reagenzien wurde eine Legierung ausgewählt, die durch besondere Festigkeit, thermische Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen überzeugt. Die Verarbeitung des Hastelloy® C22-Pulvers war eine zusätzliche Herausforderung. Schließlich erforderte die komplexe Innenstruktur des Bauteils die Entwicklung einer intelligenten Entpulverungsstrategie.

Die Vorgehensweise:
Kompetenzen bündeln

• Experimente und Datenauswertung bei InnoSyn
• Reaktordesigns einschließlich Sensoranschlüssen und Kühlkanälen mit Hilfe von CAD durch InnoSyn
• Optimierungen des Designs mit Hilfe von CAD- und Simulationssoftware gemeinsam mit InnoSyn
• Fluiddynamische und Festigkeitssimulation des Reaktordesigns mit der Unterstützung von Siemens
• Materialauswahl, die den speziellen Anforderungen gerecht wird
• Parameterentwicklung für die L-PBF-Fertigung
• Fertigung von Prototypen mit kleinerem Volumen zu Testzwecken
• Erstellen einer Materialspezifikation
• Zertifizierung gemäß europäischer Druckgeräterichtlinie
• Herstellung des Reaktors mittels additiver Fertigung
• Spanende Nachbearbeitung des Reaktors
• Qualitätssicherung und Erstellung der notwendigen Dokumentationen
• Montage der einzelnen Komponenten zu einer Baugruppe und Zulassung als Druckgerät seitens InnoSyn

Das Ergebnis:
Beeindruckende Verbesserung von Produktivität und Energieverbrauch

Durch die Nutzung eines innovativen Designs und der Synergie von Chemie, additiver Fertigung (AM) und Simulation wurde der Reaktor erfolgreich für den spezifischen Prozess hochskaliert. Mit dem neuen Reaktor wurde eine beeindruckende 3.000-fache Produktivitätssteigerung und eine bemerkenswerte 1.700-fache Verkürzung der Verweilzeit im Vergleich zu herkömmlichen Chargenverfahren erreicht. Diese Weiterentwicklung führt zu einer potenziellen Senkung des Energieverbrauchs um bis zu 65 %. Der Einsatz der von toolcraft gefertigten, maßgeschneiderten Reaktoren verbessert also nicht nur die Prozessentwicklung. Es zeigt, wie innovatives Design und fortschrittliche Fertigungsverfahren die chemische Industrie verändern und sie sicherer, effizienter und nachhaltiger machen können.

Grundstein für den eigenen Formenbau gelegt

Der Umzug in ein größeres Firmengebäude in Georgensgmünd lag erst wenige Jahre her, als Bernd Krebs von der Insolvenz der Spalter Feinwerktechnik erfuhr. Zu diesem Zeitpunkt beschäftigte Toolcraft 53 Mitarbeitende. Aufgrund der Verbundenheit mit der Region und dem Wunsch, die Arbeitsplätze zu erhalten, entschied er sich trotz anfänglicher Bedenken zur Übernahme. „Viele dieser Menschen kannte ich persönlich – sie waren loyal, motiviert und brachten viel Erfahrung mit. Gleichzeitig gefiel mir die Idee, einen eigenen Formenbau aufzubauen“, erinnert sich Bernd Krebs, heute Vorsitzender des Aufsichtsrats bei Toolcraft.

Im Mai 2005 übernahm das Familienunternehmen die insolvente Spalter Feinwerktechnik und gründete den neuen Bereich mit sechs erfahrenen Fachkräften am Standort Spalt. In den Folgejahren investierte Toolcraft kontinuierlich in neue Technologien, baute das Team aus und etablierte eine Ausbildung im Bereich Werkzeugmechanik. Kurz darauf folgte die Anschaffung erster Spritzgussmaschinen, bevor 2013 ein eigener Bereich für den Kunststoffspritzguss in Georgensgmünd entstand.

Heute beschäftigt Toolcraft rund 90 Fachkräfte im Formenbau, darunter 17 Auszubildende. Die Zukunftsvision des Unternehmens umfasst die kontinuierliche Optimierung der Fertigungsprozesse und die Erhöhung des Automatisierungsgrades. „Die Erfolgsgeschichte unseres Formenbaus in Spalt macht mich sehr stolz. Natürlich haben wir noch viel vor, aber wir blicken optimistisch in die Zukunft“, so Bernd Krebs.

Effiziente und sichere Supportentfernung

Das Entfernen von Stützstrukturen war bisher bei additiv gefertigten Bauteilen ein mühsamer und potenziell fehleranfälliger Prozess. Herkömmliche Methoden wie der Einsatz von Hammer und Meißel sind nicht nur zeitaufwendig und physisch belastend, sondern erhöhen auch das Risiko von Bauteilbeschädigungen. Die von Toolcraft entwickelte Trockeneisstrahlanlage, der SupportBlaster 320-HA, bietet eine effiziente Lösung, indem sie den Prozess teilautomatisiert und die ergonomischen Arbeitsbedingungen verbessert. Damit können sowohl Engpässe als auch Qualitätsprobleme reduziert und die Gesamtproduktivität erhöht werden. Je nach den spezifischen Anforderungen kann die Bearbeitungszeit pro Bauteil um bis zu 80% – bauteilabhängig teilweise sogar um mehr – verkürzt werden. Dabei stehen Prozesssicherheit, hohe Qualität und der Arbeitsschutz der Mitarbeitenden im Vordergrund. Zusätzlich trägt die Automatisierung durch die Trockeneisstrahlanlage zu einer Steigerung der ökonomischen und sozialen Nachhaltigkeit bei. Sie reduziert nicht nur die Produktionszeiten und Kosten, sondern verbessert auch die Arbeitsbedingungen durch die Minimierung körperlich belastender Tätigkeiten.

Innovation für die Zukunft der additiven Fertigung

Toolcraft zeigt mit der innovativen Trockeneisstrahltechnik, wie moderne Technologien zur Effizienz- und Qualitätssteigerung in der additiven Fertigung beitragen können. „Unternehmen, die weiterhin auf traditionelle, manuelle Verfahren setzen, werden in Zukunft unter Druck geraten. Der Markt fordert zunehmend automatisierte und technologiegestützte Lösungen,“ so Christoph Hauck, Vorstand Technologie und Vertrieb bei der toolcraft AG. Besonders in Hochtechnologie-Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Halbleiterindustrie sieht Hauck die Kombination aus additiver Fertigung und modernen Nachbearbeitungstechniken als wichtigen Wettbewerbsvorteil.

Unterschiedliche Bauteile mit nur einem Werkzeug

Mithilfe von langjährigen Partnern in den Bereichen Spritzguss und Formenbau ist es Toolcraft gelungen, ein anspruchsvolles, innovatives Projekt zu realisieren. Gemeinsam mit dem SKZ, der Günther Heisskanaltechnik GmbH, der Meusburger Georg GmbH & Co KG und der Bestenlehrer GmbH wurden zwei Formteile aus Flüssigsilikon mit vollkommen unterschiedlichen Geometrien mithilfe eines einzigen Werkzeugs in einem Schuss gefertigt. Dabei ging es zum einen um einen Tassendeckel mit einem Durchmesser von 100 mm und maximaler Wandstärke von 7 mm, wobei das Schussgewicht bei 28 g lag. Zum anderen wurde eine Lupe mit einem Durchmesser von 35 mm und einem Schussgewicht von 6 g in derselben Form produziert. Eine Herausforderung war der deutliche Unterschied beim Schussgewicht der beiden Formteile, die dank eines balancierten Nadelverschlusswerkzeuges gemeistert wurde. Für den Grundaufbau und die Einsätze des Spritzgießwerkzeuges wurden korrosionsbeständige Stähle mit guter Poliereigenschaft eingesetzt.
„Die enge Zusammenarbeit mit Experten aus der Branche hat die Umsetzung dieses anspruchsvollen Projekts ermöglicht“, so Markus Scheuerlein, Projektleiter im Formenbau der toolcraft AG. „Unsere Expertise in der Herstellung von Präzisions-Kleinstteilen hat uns den Bau dieses Werkzeugs für den Silikonspritzguss ermöglicht. Mittlerweile fertigen wir Silikonwerkzeuge auch für die Industrie“, ergänzt Thomas Lender, Bereichsleiter Spritzguss bei der toolcraft AG.