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Hochleistungspolymere sollen 3-D-Druck zum Durchbruch verhelfen

Hochleistungspolymere für die additive Fertigung
3-D-Druck zum Durchbruch verhelfen

Prototypen, Ersatzteile, Serien und Werkzeuge: Sie kommen in immer mehr Industrieunternehmen aus dem 3-D-Drucker. Gefragt sind dabei Druckmaterialien, die robust und verschleißfest sind. Igus arbeitet intensiv daran, alle 55 Iglidur-Materialien für den 3-D-Druck zu befähigen. Auch den FDA- und EU-konformen Gleitlagerwerkstoff Iglidur A350 gibt es nun als Filament für die additive Fertigung.

Die Vorteile des 3-D-Drucks liegen auf
der Hand. Drucker stellen Unikate und sogar Serien schnell und kostengünstig her. Klassische Fertigungstechnologien wie der Spritzguss hingegen stoßen bei niedrigen Auflagen an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit. Zudem bringt der 3-D-Druck größere Designfreiheit. 3-D-Drucker fertigen komplexe Geometrien und innere Strukturen im Handumdrehen. Traditionelle Verfahren wie Drehen und Fräsen oder Gießen und Schmieden scheitern hier oder benötigen Fügetechnik wie Kleben, Schweißen oder Schrauben.

Um den Durchbruch der additiven Fertigungstechnik zu besiegeln, sind nicht nur leistungsstarke 3-D-Drucker notwendig. –Gefragt sind auch neuartige Druckmaterialien aus Kunststoff und Metall. Doch mit klassischen Polymeren wie Polyactide (PLA), Polyamid (PA12) und Arcylnitril-Butadien-Styrol (ABS) lassen sich keine Produkte herstellen, die in puncto Lebensdauer und Verschleißfestigkeit Industrieanforderungen entsprechen. Die Kunststoffe haben hohe Reibwerte, hohe Verschleißraten und halten keinen hohen Temperaturen stand. Gefragt sind deshalb Hochleistungspolymere für den industriellen 3-D-Druck.

Verschleißoptimierte Materialien

Seit 2014 bietet Igus Materialien für 3-D-Drucker an. Das Sortiment umfasst –Spezialfilamente für den 3-D-Druck im Strangablegeverfahren (FDM/FFF) und Kunststoffe für das selektive Lasersintern (SLS). Das Hauptaugenmerk der Entwickler liegt dabei auf Verschleiß- und Abriebfestigkeit der Spezialkunststoffe, Eigenschaften, die zu einer hohen Lebensdauer der 3-D-gedruckten Bauteile führen – etwa von Gleitlagern, Zahnrädern, Rollen, Greifern und Gelenken. Tests haben gezeigt, dass die Verschleißfestigkeit der additiv gefertigten Teile absolut vergleichbar mit Spritzgussteilen ist. Die tribologisch optimierten Filamente sind dabei bis zu 50-fach abriebfester als gängige 3-D-Druckmaterialien.

Das Angebot reicht von 3-D-Druck-Materialien für einfache Verarbeitung, über Filamente mit hoher Festigkeit und Bruchdehnung, bis hin zu chemikalienbeständigen Materialien und Hochtemperaturwerkstoffen. Da sich Igus auf die bewegte Anwendung konzentriert, sind alle Iglidur-3-D-Druck-Materialien auf hohe Abriebfestigkeit und niedrige Reibwerte optimiert. Zu den Allroundern zählt Iglidur I180-PF, ein Filament, geeignet für Kleinserien oder Einzelanfertigungen. Iglidur J260-PF hingegen ist prädestiniert für hohe Anwendungstemperaturen. Nutzen lassen sich die Iglidur-Filamente auf allen handelsüblichen Druckern. Für den 3-D-Druck im SLS-Verfahren gibt es zudem Iglidur I3-PL und Iglidur I6-PL. Auch diese Materialien zeichnen sich durch Robustheit und Verschleißfestigkeit aus. Die tribologischen Versuche zeigen: Der Hochleistungskunststoff Iglidur I3 hat eine mindestens um den Faktor 3 bessere Abriebfestigkeit als herkömmliche Materialien für das Lasersintern.

FDA-konformes Filament

Den FDA- und EU-konformen Gleitlagerwerkstoff Iglidur A350 gibt es nun ebenfalls als Filament für die additive Fertigung. Beispielsweise in der Verpackungsindustrie greifen viele Anwender auf die FDA-konformen Iglidur-Gleitlager und Halbzeuge zurück. Mit dem 3-D-Druck-Filament Iglidur A350-PF haben Anwender nun noch mehr Gestaltungsfreiheiten in der Konstruktion ihrer Maschine. Der schmier- und wartungsfreie Werkstoff ist speziell für den Einsatz in der Lebensmittel- und Verpackungstechnik ausgelegt und hat sich dort in unzähligen Anwendungen bewährt. Der Hochleistungskunststoff besitzt eine Langzeittemperaturbeständigkeit bis 180 °C und ist mit Chemikalien zu reinigen. Iglidur A350 ist konform zur EU-Verordnung 10/2011 und damit offiziell für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen. Durch seine blaue Farbe ist er leichter zu entdecken und erhöht so die Sicherheit der Produktion. Das Filament ist sowohl zum Selbstdrucken auf einem Hochtemperatur-3-D-Drucker sowie im 3-D-Druck-Service verfügbar.

Hauseigener 3-D-Drucker

Igus entwickelt nicht nur Filamente, sondern baut selbst auch 3-D-Drucker für hauseigene Forschung und Entwicklung. Eine der Errungenschaften: ein Hochtemperatur-3-D-Drucker. Die Konstrukteure haben eine Düse eingebaut, die das Druckmaterial bei 370 °C aufschmilzt. Um bei Bauraumtemperaturen von bis zu 200 °C ein präzises Verstellen der Bauplatte zu ermöglichen, kommen schmiermittelfreie Linearlagerfolien und Spindelmuttern aus den Hochleistungskunststoffen Iglidur X und Iglidur C500 zum Einsatz. Ebenso hitzebeständige Edelstahlkomponenten der Drylin-W-Linearführung und Dryspin-Steilgewindespindeln in der X-, Y- und Z-Achse.

Service für den 3-D-Druck

Um dem 3-D-Druck zum Durchbruch zu verhelfen, bietet der Kunststoffspezialist auch einen 3-D-Druckservice an. Der Kunde muss lediglich die CAD-Datei eines Verschleißteils zur Verfügung stellen. Ist diese nicht vorhanden, kann das Bauteil mit einem 3-D-Scanner digitalisiert werden. Alternativ kann der Kunde selbst mit dem kostenlosen Konfigurator ein 3-D-Modell von Zahnrad, Gleitlager, Zahnstange oder Rolle erstellen. Anschließend wählt er ein Druckmaterial, das für seine Anwendung geeignet ist. Orientierung bietet hier ein Online-Tool, das auf aktuelle Ergebnisse aus dem Testlabor zurückgreift. Anschließend beginnt der Druck. In den Werkhallen stehen sowohl FDM-Drucker, als auch SLS-Geräte. Beim FDM-Verfahren fließt geschmolzener Kunststoff durch eine Düse. Beim SLS-Verfahren hingegen verschmilzt ein Laser Kunststoffpulver. Mit beiden Verfahren lassen sich Unikate und Serien von bis zu 5000 Stück herstellen. Für Kunden, die Prototypen oder Kleinserien aus Materialien fertigen möchten, die sich bislang nur im Spritzgussverfahren oder aus Halbzeugen verarbeiten lassen, schlägt Igus eine Brücke zwischen 3-D-Druck und Spritzguss. Das Unternehmen fertigt unter dem Namen Print2mold Gussformen mittels additiver Fertigung. Dabei lassen sich besonders feine Details und komplexe Strukturen realisieren. Durch das Verfahren hat der Anwender die Möglichkeit, sein Bauteil frei aus der Iglidur-Werkstoffpalette mit 55 schmierfreien Hochleistungspolymeren zu bedienen.

Und was bringt die Zukunft? Eine spannende Frage ist die wirtschaftliche Fertigung von Multimaterialbauteilen für die Einbringung noch gezielterer Materialeigenschaften. Beispielsweise sind Hart-Weich-Kombinationen bereits umgesetzt. Für die Skalierbarkeit sind jedoch noch technologische Weiterentwicklungen nötig. Außerdem arbeitet Igus intensiv daran, alle 55 bestehenden Iglidur-Materialien für den 3-D-Druck zu befähigen.

Igus GmbH, Köln


Autor: Tom Krause

Geschäftsbereichsleiter Additive Fertigung,

Igus



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