Produktivität steigern, aber kein Platz für eine neue SMD-Linie – was tun?

Seit 2015 stehen bei Baudisch Electronic im baden-württembergischen Wäschenbeuren alle Ampeln auf Wachstum. Getreu dem Motto „Alles unter einem Dach“ sind seit dem Umzug in ein hochmodernes, neues Firmengebäude auf einer Fläche von 3600 m² und drei Etagen die Entwicklung und Produktion für Elektronik, das EMV-Labor sowie die Verwaltung in einem vereint. Der EMS-Komplettanbieter mit hauseigenem EMV-Labor fertigt Prototypen sowie Klein- und Großserien. Baudisch übernimmt auf Wunsch den gesamten Entstehungsprozess von Kundenprodukten. Dazu gehören u.a. die Entwicklung sowie die Fertigung, die Prüfung und die endkundenfertige Verpackung. Alternativ können einzelne Komponenten des Dienstleistungsspektrums in Anspruch genommen werden. Jeder Auftrag wird individuell an die Kundenspezifikationen und das jeweilige Gerät angepasst.

Aufgrund des stetig wachsenden Auftragsvolumens erkannten die Verantwortlichen schon früh, dass die Leistungsfähigkeit ihrer SMD-Produktion an der Kapazitätsobergrenze angelangt war. Die vorhandene SMD-Fertigung mit zwei Anlagen als Insellösung war zwar flexibel, jedoch für die steigenden Bedürfnisse zu langsam. Um die Wettbewerbsfähigkeit weiterhin zu sichern, planten die Verantwortlichen, die Produktionskapazitäten auszubauen. Schnell stand fest, dass die neue Anlage nicht wie bei den vorherigen Maschinen eine Insellösung, sondern eine Linienlösung sein sollte, die den vorhandenen Platz im Produktionsbereich optimal ausnutzt. Neben einer hohen Bestückqualität sollte die neue Anlage einen hohen Automatisierungsgrad haben und auch ungewöhnliche und besonders kleine Bauformen, wie Bauformen 0201 und 01005, bestücken können. Ebenso wie die vorherige Anlage sollte sie kurze Rüstzeiten benötigen, um schnell und flexibel auf neue oder sich ändernde Kundenaufträge reagieren zu können. Der Produktionsfluss sollte Lean-Prinzipien entsprechen.

Matthias Lenz schmunzelt, wenn er an die Planungszeit der neuen Linie zurückdenkt, denn die größte Herausforderung für ihn war, dass er und sein Team erkennen mussten, dass man für eine Linienlösung einen langen Raum benötigt, der zu diesem Zeitpunkt gar nicht zur Verfügung stand. Zudem sollte die Produktion während der Installation der neuen Anlage nicht stillstehen, weil man ja die Kundenaufträge weiterhin fristgerecht abarbeiten musste. Die SMD-Bestückungs- und auch die THT-Lötanlagen sollten weiterhin in einem gemeinsamen Bereich stehen, um bei Mischbestückungen für den reibungslosen Produktionsfluss und kurze Transportwege zu sorgen. Kopfzerbrechen bereitete auch die Tatsache, dass die sieben Komponenten der SMD-Produktionslinie von unterschiedlichen Maschinenherstellern stammen. Diese mussten koordiniert werden, um eine gleichzeitige Anlieferung zu ermöglichen. Fragen über Fragen tauchten auf und so war schnell klar, dass die Realisierung eines solchen Projektes nicht allein zu stemmen ist. Also was tun?

Zunächst wurde eine Auswahl von den fünf Top SMD-Bestückmaschinenanbietern getroffen. Dann erfolgten Messebesuche und Vorgespräche mit den Maschinenbauern. Aus den vielen Gesprächen wurde deutlich, dass Baudisch mit einem Generalanbieter arbeiten möchte, der bei der Konfiguration einer kompletten SMD-Produktionslinie umfangreiche Erfahrungen und Know-how mitbringt. Die Wahl fiel auf Fuji Europe mit Sitz im hessischen Kelsterbach. Ausschlaggebende Punkte waren dabei das Bedienkonzept des Bestückers mit einseitiger Rüstung sowie das gesamte Linienkonzept in Kombination mit der Raumsituation.

Zusammen mit Jochen Krisch, Area Sales Manager und Sascha Frieling, Manager Technology, beide Fuji, wurden neben den Fuji-Bestückmaschinen die weiteren Linienteilnehmer definiert. Schnell war klar, dass das Raumkonzept im 2015 erstellten Neubau nochmals überdacht werden musste. Nach Ausmessen der Räume wurde beschlossen, den CNC-Bereich im Erdgeschoss auszugliedern und hier Platz für die neue SMD-Linie zu schaffen. Damit nicht genug: Um einen längeren Bereich für die Produktionslinie zu schaffen, wurde im Erdgeschoss eine Wand herausgerissen. Anschließend musste ein neuer, ESD-gerechter Boden verlegt werden, um den Produktionsbereich im Erdgeschoss als ESD-Schutzzone einzurichten. Zudem wurde auch der THT-Bereich vom 1. Obergeschoss in das Erdgeschoss umgezogen. In ihrer Funktion als Fuji-Generalunternehmer übernahmen Sascha Frieling und Jochen Krisch die Abstimmung und Koordination aller sieben Linienteilnehmer. Trotz des neu geschaffenen Raums war es durch die engen Platzverhältnisse im Zugangsbereich eine besondere Herausforderung, die Anlieferung von großen Maschinen, wie dem Reflow-Ofen, zu planen und umzusetzen.

„Der Durchsatz der Bestückungslinie wird nun mehr als versechsfacht. Hinzu kommt, dass die neuen Technologien der Anlage Fehlermöglichkeiten bis fast auf Null reduzieren.“ Matthias Lenz, Geschäftsführer, Baudisch Electronic

Das Herzstück der modernen EMS-Bestückungslinie bildet bei Baudisch der SMD-Bestücker von Fuji. Insgesamt sechs Module der Fuji NXT III Serie bestücken nun immens schnell und genau die Leiterplatten.

Dank der Bestückmodule der dritten Generation Bestückungsautomaten von Fuji ist die Anlage mehr als sechsmal so schnell wie die vorherige und in der Lage, selbst 01005-Bauteile zu verarbeiten. Das System ist vollautomatisch und selbstoptimierend. Sämtliche Bauteile und Pins werden akkurat vermessen. Ein Odd-Form Bestückungskopf mit motorisch angetriebenem Greifersystem für große und schwere Bauteile bewerkstelligt einen Produktwechsel im laufenden Betrieb. Bauteile mit einer Form von 1608 (metrisch) bis 74x74mm oder 62×162 mm und 38,1 mm Bauteilhöhe können bedient werden. Die Setzkraft ist einstellbar und beträgt von 39,2N bis zu 98N. Das maximale Bauteilgewicht kann, je nach Beschaffenheit, 90 g übersteigen.

Die NXT III wurde als skalierbare Bestückplattform entwickelt, die für eine hohe Produktivität und Qualität sorgt, um auch den Anforderungen kommender Bauteilgenerationen gerecht zu werden. Fuji deckt mit dieser Maschine das gesamte zu bestückende Bauteilspektrum ab. Aufgrund der intuitiven und einfachen Bedienung (integriertes Touch-Panel-Interface) ist die Maschine ideal für die hochvolumige Produktion und für den hohen Produkt-Mix geeignet. Die Bestückung ist für den Pastendruck optimiert, jede Leiterplatte erhält 100% Traceability. Ein Nachrüsten von Material und Austausch von Feedern während der Produktion ist ohne Maschinenstopp möglich. Ein weiterer Vorteil ist die Familienrüstung für eine komplette Tagesproduktion.

Eine präzise Bestückung, ein sauberer Lotpastendruck, automatische Kontrollen und die Traceability von Leiterplatten sind ausschlaggebend für die Qualität der SMD-Bestückung. Die SMD-Produktionslinie bei Baudisch ist auf dem neuesten Stand der Technik und erfüllt alle Kriterien für eine effiziente und hochwertige Leiterplattenbestückung. Die Linie besteht aus Transportsystem, Laser, Schablonendrucker, SPI, sechs Bestückungsmaschinen, Reflow-Ofen und Lagersystem.

Mit dem Lasermarkierer (Asys) wird auf jede Leiterplatte ein Code gelasert, um die Traceability sicherzustellen. Auf Wunsch werden weitere Lasermarkierungen, wie Texte, Nummern oder Symbole aufgebracht. Die Schablone wird über ein Kamerasystem präzise zur Leiterplatte ausgerichtet. Mit dem Schablonendrucker (Ekra) wird die Lotpaste im Siebdruckverfahren auf die Leiterplatte aufgetragen. Die Schablone wird zyklisch automatisch gereinigt, um eine gleichbleibende Druckqualität zu ermöglichen. Zusätzlich zur automatischen Schablonenreinigung werden mit der 3D-Lotpasteninspektion (Koh Young) die auf die Leiterplatten aufgebrachten Lötdepots kontrolliert. Bei Festellung einer Ungenauigkeit wird die Leiterplatte ausgeschleust. Die sechs SMD-Bestückungsautomaten (Fuji) sind optimal für eine hochvolumige Produktion, einen hohen Produkt-Mix und Prototypenfertigung geeignet. Das Lötprofil wird auf das Leiterplattendesign, die Lötpaste und die verwendeten Bauteile angepasst. Durch die Lötung in Stickstoffatmosphäre im Reflow-Ofen (SMT) wird die Prozessstabilität optimiert.

Die vorhandenen Bestückanlagen, die sich im 1. Obergeschoss befanden, konnten parallel zum Aufbau der neuen SMD-Linie betrieben werden. Bereits eine Woche nach Inbetriebnahme der neuen SMD-Linie zeigten sich alle Projektbeteiligten sehr zufrieden. Der Output steigerte sich von 12.000 BT/h auf aktuell 77.000 BT/h bei einer gleichzeitig konstanteren und besseren Produktqualität. „Eine Linie, die Spaß macht“, kommentieren Sascha Frieling und Jochen Krisch ihr erfolgreich abgeschlossenes Projekt.