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3-D-Druck bringt Bewegung in das Prototyping

Kurze Entwicklungszeiten, hohe Konstruktionsfreiheit
3-D-Druck bringt Bewegung in das Prototyping

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Die additive Fertigung eröffnet in der Industrie neue Maßstäbe, was die Realisierung von neuen Ideen und die Freiheit in der Konstruktion angeht. Darüber hinaus verkürzen sich die Zeiträume bis zur jeweiligen Produktionsreife drastisch. Um Prototypen und Teile ab Stückzahl eins zu produzieren, entstehen keine hohen Werkzeugkosten mehr. Zudem muss kaum überschüssiges Material abgetragen werden, was das 3-D-Drucken in diesem Bereich zu einer kostengünstigen Herstellungsmethode macht.

Mit 3-D-Druck können in der Industrie schnellere Produktzyklen und kürzere maschinelle Entwicklungszeiten abgebildet werden. Zwar ist die Materialauswahl bis dato begrenzt, doch nach und nach drängen neue Materialien und verbesserte Druckmethoden auf den Markt. Dazu zählen neben Anbietern, die mit herkömmlichen ABS-Materialien arbeiten, auch hochspezialisierte Anbieter wie Igus. Der 3-D-Druck mit Tribo-Polymeren bietet viele Vorteile für den Kunden, haben doch mit der additiven Fertigung und den Hochleistungskunststoffen zwei moderne Technologien zusammengefunden, die sich in optimaler Weise ergänzen. Kombiniert garantieren sie eine hohe Freiheit in der Konstruktion bei gleichzeitiger Verschleißfestigkeit der verwendeten Bauteile. Um das zu erreichen, erforscht und entwickelt Igus neue 3-D-Druck-Werkstoffe für Anwendungen in Bewegung.

Hohe Verschleißfestigkeit
Mit den inzwischen sechs Tribo-Filamenten im Programm können nicht nur Gleitlager oder komplexere Baumformen hergestellt, sondern auch direkt in industriellen Anwendungen betrieben werden. Das Filament Iglidur I150 – das nach der EU-Verordnung 10/2011 für den Lebensmittelkontakt zertifiziert wurde – kann dabei auf jedem 3-D-Drucker verarbeitet werden, bei dem die Düsentemperatur auf 250 °C einstellbar ist. Darüber hinaus hat Igus ein Tribo-SLS-Pulver für das selektive Lasersintern im Programm. Das Lasersintern ist im 3-D-Druck bekannt für eine viel höhere Präzision im Vergleich zum FDM-Verfahren. Durch den Druck im SLS-Verfahren erhalten die Bauteile eine viel höhere Festigkeit. Beim Lasersintern sind keine Stützstrukturen nötig, da das lose Pulver, das vom eingesetzten Laser nicht aufgeschmolzen wird, als Stützmaterial fungiert. So sind an den Bauteilen weniger Nacharbeiten nötig, die gefertigten Teile können direkt eingesetzt werden.
Vergleichbar mit Spritzgussteilen
Bei der Neuentwicklung von Produkten direkt aus 3-D-CAD-Daten lassen sich konstruktive Änderungen sofort umsetzen und die nächste Generation des Prototyps oder Designmusters ohne Werkzeug schnell selbst herstellen. Ideal, um ein neues Produkt zunächst in der Praxis zu testen, bevor es in großen Stückzahlen spritzgegossen wird. Dass die gedruckten Teile aber längst über das Stadium von reinen Prototypen-Anwendungen hinaus sind, zeigen ausführliche Testreihen im 2750 m² großen Testlabor. Dort traten Tribo-Filamente aus dem Iglidur-Werkstoff J260 gegen herkömmliche 3-D-Druck-Filamente (ABS) sowie Spritzgussteile aus dem gleichen Igus-Werkstoff an. Intensiv wurden über mehrere Monate lineare und rotierende Testläufe sowohl auf Wellen aus gehärtetem, geschliffenen Stahl sowie Edelstahl im hauseigenen Testlabor gefahren und ausgewertet. Da die additive Fertigung mit schmier- und wartungsfreien Hochleistungskunststoffen noch ein vergleichsweise junges Feld ist, sahen sich die Materialexperten einem ergebnisoffenen Experiment gegenüber. Das Ergebnis überraschte. Es zeigte sich, dass die Verschleißfestigkeit der aus dem Tribo-Filament gedruckten Gleitlager sowohl im rotierenden als auch im linearen Versuch vergleichbar mit den klassischen Spritzgusskomponenten war, und das sogar auf beiden Wellen. Damit stehen die gedruckten Komponenten den gespritzten Komponenten in puncto Verschleißfestigkeit kaum nach. Zugleich wurde in den Tests erneut deutlich, dass die Reibwerte des Tribo-Filamentes gerade im Vergleich zu herkömmlichen 3-D-Druck-Materialien besonders niedrig sind. So kam es bei dem Versuchsaufbau ABS gegen Tribo-Filament im rotierenden Test auf der Edelstahlwelle sogar zum Totalausfall des ABS-Teils, während die Reibverluste beim Tribo-Filament immer noch niedrig waren.
Bauteile einfach drucken lassen
Nicht alle Unternehmen verfügen über eigene 3-D-Drucker. Igus bietet daher seinen Kunden die Möglichkeit, benötigte Sonderteile aus abriebfesten Iglidur-Werkstoffen drucken zu lassen. Dies ist besonders für Prototypen und Kleinserien interessant, wo sich die Herstellung eines Spritzgusswerkzeuges nicht rechnet. Im Februar hat der Werkstoffspezialist sein Angebot erweitert und bietet neben einem größeren Druckerpool mit einem neuen Online-Tool einen noch einfacheren Service zur Bestellung an. Als erstes werden die Daten im Step-Format per Drag & Drop ins Browserfenster gezogen. Im nächsten Schritt können Anwender die gewünschten Abmessungen festlegen und anschließend das gewünschte Material auswählen. Man sieht hier schon während des Bestellvorgangs den Stückpreis der Teile, der sich an dem Druckvolumen orientiert. Kunden können zwischen vier verschiedenen Tribo-Filamenten von auswählen, die allesamt mindestens 50-mal abriebfester sind als Standard-Filamente für das FDM-Druckverfahren. Im letzten Schritt kann die Auswahl bestätigt und alles dem Warenkorb hinzugefügt werden. Dorthin werden Anwender im Anschluss weitergeleitet, um entweder ein formales Angebot anzufordern oder die konfigurierte Ware direkt zu bestellen. Nach der Weiterleitung in den Warenkorb haben Benutzer des 3-D-Druckservice die Möglichkeit, einzelnen Positionen ihrer Bestellung Kommentare hinzuzufügen. Hier können Besonderheiten beispielsweise zur mechanischen Nachbearbeitung oder Ähnliches, ergänzt werden. Die Dauer beträgt vom Auftragseingang bis zur Auslieferung der fertigen Produkte in der Regel zwei bis drei Werktage, je nach Umfang der Bestellung. Bei komplexen Bauteilen kann die Lieferzeit unter Umständen weitere zwei bis drei Tage betragen.
Individuelle Werkzeugformen
Additive Fertigung besitzt ebenfalls innovatives Potenzial für den klassischen Spritzguss und eröffnet neue Möglichkeiten im Werkzeugbau. Das Spritzgussverfahren ist das Standardverfahren, um hochwertige Kunststoffbauteile für bewegte Anwendungen zu fertigen. Es garantiert gleichermaßen eine hohe Qualität und eine effiziente Produktion, gerade bei Serien mit großen Stückzahlen. Allerdings kann die Entwicklung und Modellierung von Werkzeugformen sehr kosten- und zeitaufwendig sein. Egal welche Methode angewendet wird, ob Hard-Tooling mit Werkzeugstahl oder Soft-Tooling mit Aluminium, die Herstellung von Formen für den Spritzguss kostet viele Tausend Euro und kann von mindestens zwei Wochen bis zu mehreren Monaten dauern. Kommen dann noch Entwicklungs- oder Produktionsfehler sowie kurzfristige Konstruktionsänderungen und nachträgliche Bearbeitungen am Werkzeug hinzu, summieren sich Kosten und Zeitaufwand derart, dass bisher fast nur Großserien rationell mit dem Spritzguss zu realisieren waren. Igus bietet nun ebenfalls an, Spritzgussformen per 3-D-Druck zu fertigen. Auf dem Rechner können Werkzeugformen in freier Formgebung modelliert, Änderungen am Design leicht vorgenommen und selbst aufwendige Details kostengünstig ausgedruckt werden, wobei komplexe Formen genauso teuer sind wie einfachere. Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss mit Metallformen können durch die Verfahrenskombination Serien bis 500 Stück kostensparend hergestellt werden.
Halle 16, Stand A18

Tom Krause
Produktmanager Iglidur Tribo-Filament, Igus


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