Additive Manufacturing von Kunststoffteilen

Dynamik bei 3D-Druckern setzt sich ungebrochen fort

Anzeige
Im Schatten des Metalldrucks bereiten die Anbieter von Kunststoff-Systemen die Revolution vor: die additive Serienfertigung in großem Stil. Auf der Fachmesse Formnext neulich präsentierten wichtige Player dazu ihre Masterpläne und ehrgeizige neue Technologien.

Das Erstaunlichste an den 3D-Printern der neuen „HP Jet Fusion 500/300 Series“ ist nicht zuerst ihr Leistungsprofil, sondern wie sie hergestellt werden. 140 Bauteile dieser Geräte sind selbst additiv gefertigt. Sie werden produziert durch die „HP Multi Jet Fusion Technology“, die HP vor drei Jahren auf den Markt brachte. So stand es auf der Frankfurter Fachmesse Formnext Ende letzten Jahres über der Vitrine zu lesen, die eine Auswahl dieser Kunststoffteile zur Schau stellte. Die neu vorgestellten 3D-Drucker ergänzen die Industriegeräte (auf denen ihre eigenen Maschinenteile produziert werden) um kleinere, kostengünstigere Varianten, etwa für die Arbeit im Entwicklungsbüro. Ein toller Marketing-Gag?

Die HP-Mitarbeiterin, die über den Messestand führt, winkt ab. „Nein! Wir produzieren die Teile additiv, weil es Sinn macht.“ Die Konstrukteure hätten sämtlichen Nutzen eingebaut, die generatives Design biete: Etwa das Integrieren von Funktionen, um die Teilezahl zu senken und so die Zuliefer-, Montage- und Logistikaufwände zu minimieren. Als nächsten Schritt werde HP seinen Ersatzteil-Service auf die additive Fertigung umstellen.

Tatsächlich führte HP die „Multi Jet Fusion“ vor drei Jahren mit dem erklärten Ziel ein, die additive Serienproduktion von Kunststoffteilen in Schwung zu bringen. Der Prozess sei 10-mal schneller und halb so teuer wie das Lasersintern, hieß es von Anfang an. Bei dem Multijet-Verfahren versprühen Tintenstrahlköpfe zweierlei Reagenzien: das erste reagiert mit dem Kunststoffpulver exotherm, dort wo das Kunststoffpulver unter Infrarotstrahlung verschmelzen soll, das zweite sorgt für Randschärfe, indem es diesen Prozess stoppt.

Die auf der Inkjet-Technik basierenden 3D- Produktionssysteme sind zu einem fixen Preis als unveränderliche Konstruktion zu haben. HP hatte mit PA12 als Werkstoff begonnen, gestaltete den Prozess aber so offen, dass Kunststoff-Hersteller dafür eigene Kunststoffe entwickeln und qualifizieren können. Aktuell ist zum Beispiel PA11 hinzugekommen.

Komplexe Bauteile mit geringem Platzbedarf

Auf der Formnext-Messe konnte HP bereits Erfolge auf dem Weg zum großen Ziel vermelden. BMW setzt die große Gerätelösung HP Jet Fusion 4200 zum Beispiel ein, um die Fensterführungsschiene für den BMW i8 Roadster als End-Bauteil zu produzieren. „Wir sind stolz darauf, dass wir in den letzten zehn Jahren mehr als eine Million Bauteile per 3D-Druck produziert haben – eine der Fensterführungsschienen ist das millionste gedruckte Teil“, wird Dr. Dominik Rietzel zitiert, Head of Non-Metal Additive Manufacturing. „Komplexe Bauteile, die geringen Platzbedarf erfordern, sind ein perfektes Beispiel für die Leistungsfähigkeit der additiven Fertigung.“

Auch andere Maschinenanbieter arbeiten am Serienprozess. Voxeljet offeriert für sein vor einem Jahr vorgestelltes „High Speed Sintering“ (HSS) jetzt die Anlage VX200HSS als Einstiegsmaschine. HSS sei um mindestens 50 Prozent schneller als das Lasersintern und habe das Zeug, noch schneller zu werden. Damit ist der Voxeljet-Prozess langsamer als das ähnliche HP-Verfahren, bietet jedoch andere Vorteile, die für die Serienproduktion wichtig sind. Per Inkjet wird nur ein einziges Reagenz versprüht, „was sich äußerst positiv auf die laufenden Kosten auswirkt“. Es ist eine Infrarot-absorbierende Tinte – eine Art ölbasierte Farbe, die Wärme aufnimmt.

Voxeljet bezeichnet HSS außerdem als System „mit nie dagewesenen Open-Source-Möglichkeiten“, das ein sehr variables Temperaturmanagement biete und eine große Materialvielfalt eröffne. „Unsere Maschine lässt sich an das Material anpassen, nicht umgekehrt“, betont Tobias King, Director Application & Marketing. Damit meint er die Materialien von Kunden. Dr. Sylvia Monsheimer, Leiterin des Bereichs 3D Printing bei Evonik, bezieht sich darauf: „Wir wollen verschiedene Materialien mit unserer VX200 verarbeiten: von PA 12 und PA 613 bis hin zu PEBA.“ Voxeljet will bis Ende 2019 größere, für die Massenproduktion konzipierte Anlagen anbieten können.

Stratasys bläst ins gleiche Horn. Um Additive Manufacturing (AM) nach vorne zu bringen, kündigte Executive Vice President Andy Middleton in Frankfurt neue Verfahren mit niedrigeren Kosten und höherem Durchsatz an – zum Beispiel auch ein neues High Speed Sintering. Der Hintergrund: Im Juli hatte der traditionsreiche 3D-Drucker-Hersteller bekannt gegeben, in die von Xaar ausgegründete Xaar 3D Ltd. zu investieren. Das junge Unternehmen hat seine Entwicklungsschwerpunkte bei neuen HSS-Technologien.

Geschwindigkeit und Durchsatz sind gefragt für AM. Neuere Verfahren gehen in die Offensive und fordern das Lasersintern heraus. Vielleicht um gegenzuhalten, hob EOS die Finger und kündigte auf der Messe eine Technologie für Kunststoffteile an, die erst 2021 als AM-System verfügbar sein soll: die „LaserProFusion“. Sie soll bis zu zehnmal schneller sein als das heutige Lasersintern. Es fährt nicht mehr nur ein CO2-Laser das Baufeld ab, sondern bis zu eine Million Diodenlaser kommen zum Einsatz. Pixelgenau würden sie dort aktiviert, wo Pulver aufgeschmolzen werden soll, heißt es. Die Belichtungszeit verkürzt sich massiv. „Ich glaube, mit dieser Technologie wird AM in vielen Fällen den Spritzguss ablösen“, sagte CTO Dr. Tobias Abeln.

Auch vonseiten des Lasersinterns selbst wird EOS angegriffen. LSS Laser-Sinter-Service, eine Firma mit Erfahrung beim Maschinenservice, bringt mit der Raptor 84X-Q eine eigene Anlage auf den Markt. Sie sei als „weltweit erste“ Polymer-Lasersinterplattform mit Vierfach-Laser/Scanner-System ausgestattet. Mit 800 x 400 x 480 mm³ ist der Bauraum recht groß – auch dies bringt Produktivität.

Freiheit bei der Werkstoffwahl

Anbieter von Filament-Druckern (FFF) führen die Offenheit ihrer Systeme ins Feld. „Es geht um die Freiheit der Werkstoffwahl“, sagte Paul Heiden, Vice President beim niederländischen Hersteller Ultimaker. „Im Markt gibt es vielleicht schon 100 Werkstoffe für Ultimaker-Printer, die wir selbst nicht kennen.“ Der Umgang mit den Materialien soll noch einfacher werden. Damit der Anwender mit „seinem“ Kunststoff schnell und einfach produzieren kann, hat Ultimaker mit großen Lieferanten vereinbart, „Materialdruckprofile“ zu erarbeiten. Sie lassen sich gratis downloaden und befreien den Anwender von der manuellen Eingabe von Druckparametern. Auf der Ultimaker-Pressekonferenz präsentierten BASF, Clariant, DSM, DuPont und Owens Corning diejenigen FFF-Werkstoffe, für die sie das Druckprofil bereits verfügbar haben. Eine Reihe weiterer Anbieter werde „in Kürze“ folgen, hieß es auf der Messe.

Nicht zuletzt gibt es eine neue Technologie, die den FFF-Print schon heute um den Faktor 10 beschleunigt. Die US-Firma Essentium nennt sie „High Speed Extrusion“ (HSE) und will das dafür konzipierte Drucksystem „HSE 180-S Plattform“ nächstes Jahr ausliefen. Mechanisch sollen die Teile Spritzgusseigenschaften haben. Das Besondere an dem Prozess ist die „FlashFuse“-Technologie: Eine Plasma-Quelle schickt Strom in die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen angereicherten Co-Extrusions-Filamente. Durch den Strom verschweißen die aufgebrachten Schichten zum festen Verbund. Für die eigentliche High Speed sorgt ein dynamisches Maschinensystem – dessen Realisierung vermutlich im engen Zusammenhang mit den Möglichkeiten des FlashFuse-Printprozesses steht.

Große Unternehmen trauen der High Speed Extrusion von Essentium viel zu. BASF und Materialise wollen in das US-Unternehmen investieren. Die Partner wollen gemeinsam Systemlösungen entwickeln, um das Potenzial der HSE „optimal ausschöpfen zu können“.


Olaf Stauß,

Redakteur der
Konradin Mediengruppe



Hier finden Sie mehr über:
Anzeige

Aktuelles Heft

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de