KNF: 3D-Drucktechnologien aus der Sicht von Anwendern

Die Referenten, v.l.n.r.: Stefan Beetz, Dr.-Ing. Andreas Wolf, Michael Grosalski, Jörg Sander, Hans Rausch (KNF), Klaus Eimann, Dr. Alexander Vyhnal.

Das diesjährige Kunststoff-Forum des KNF stand unter dem Thema "Generative Fertigungsverfahren im praktischen Einsatz." Dieser Titel war auch Programm bei der Veranstaltung, zu der sich rund 60 Fachexperten aus ganz Deutschland nach Bayreuth einfanden. "Ziel der Veranstaltung ist es, die Bandbreite generativer Fertigungsverfahren aus der Sicht von Praktikern darzustellen und die Möglichkeiten, aber auch die Grenzen der Verfahren zu beleuchten", so Hans Rausch, Geschäftsführer vom KNF, bei seiner Begrüßung der Teilnehmer.

Michael Grosalski (l.) berichtete über seine Erfahrungen mit dem Arburg freeformer, Hans Rausch, rechts.

"plug & play mit dem Arburg freeformer? – Wie geht´s, was geht, was nicht geht" lautete der Eröffnungsvortrag von Michael Grosalski von der Agrodur Grosalski GmbH & Co. KG in Radevormwald. Der freeformer baut das Bauteil schichtweise durch das Auftragen einzelner Tropfen. Dabei hängt die Bauteilgüte von der Tropfen- und Düsengröße ab. Die Dichte des zu erreichenden Bauteils lässt sich durch die Prozessführung beeinflussen. Einflussfaktoren sind die Auswahl eines geeigneten Materials sowie einer geeigneten Füllstrategie. Die Prozessparameter und die Bauraumtemperierung wirken sich auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils aus. Ein zentraler Punkt ist die Datenaufbereitung. Ungefüllte amorphe Materialien, wie z.B. ABS, TPE, BA12, lassen sich sehr gut verarbeiten. Damit sind sehr hohe Bauteilfestigkeiten und -dichten erreichbar. Gefüllte Materialien können derzeit noch nicht verarbeitet werden. Die freeformer-Technologie bietet eine große Werkstoffauswahl im Vergleich zu anderen additiven Verfahren. Um brauchbare Ergebnisse zu erreichen, ist Fachwissen über die Kunststoffverarbeitung notwendig. Ein plug & play, wie oftmals angenommen, ist nicht realisierbar, so Grosalski.

Jörg Sander gab Einblicke in die Anwendungsgebiete generativer Verfahren bei Airbus.

Die Möglichkeiten der 3D-Druckverfahren im Flugzeugbau präsentierte anschließend Jörg Sander von der Firma Airbus DS Electronics & Border Security. Der Bereich des 3D-Drucks ist zuletzt um mehr als 30% pro Jahr gewachsen. Der Vorteil der Verfahren liegt in der Produktion vor Ort, der reduzierten Lagerhaltung und der Möglichkeit sehr schnell Bauteile zur Verfügung zu haben, so Jörg Sander. Darüber hinaus eröffnen sich neue Möglichkeiten in der Bauteilgestaltung. Es lassen sich integrierte Bauteile realisieren, die vorher aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt wurden. Wenn es gelingt aus 10 ursprünglichen Bauteilen ein Bauteil zu machen stellt sich nicht mehr die Frage nach den Kosten, so der Referent. Bei additiven Fertigungsverfahren ist eine vollkommene Neuorientierung in allen Produktentstehungsphasen notwendig. Für die Konstrukteure bedeutet dies einen Paradigmenwechsel in ihrem Verständnis von der Bauteilkonstruktion. Generative Verfahren ermöglichen Gewichtsreduzierungen zwischen 30% und 55%, eine Reduzierung der Lieferzeit von bis zu 90%, bei gleichzeitigen Kosteneinsparungen bis 10% und Energieeinsparungen bis 90%, führt Sander weiter aus.

Individualisierung mit Hilfe von 3-D-Druck im Schreibgerätemarkt stellte Dr. Vyhnal von der Staedtler Mars GmbH & Co. KG aus Nürnberg vor.

Dr. Vyhnal von der Staedtler Mars GmbH & Co. KG aus Nürnberg beleuchtete die Möglichkeiten des 3D-Drucks im Konsumgüterbereich. Unter dem Begriff "3Dsigner" erfolgt die Individualisierung von Schreibgeräten mittels 3D-Druck. Der Trend beim Konsumenten geht heute hin zu individualisierten Produkten. Der 3Dsigner stellt das erste individualisierbare Schreibgerät auf Basis der additiven Fertigungsverfahren dar. Mit Hilfe der Stereolithographie wird es für jeden möglich, ein individuelles Schreibgerät zu erhalten. Die Zielgruppe hierbei sind junge Leute sowie Schreibanfänger in der zweiten und dritten Klasse. Die Individualisierung erlaubt mehr als 100.000 verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten, so der Referent.

Stefan Beetz von der Brose Fahrzeugteile GmbH in Würzburg stellte gedruckte Funktionsbauteile aus dem Automobilbereich vor.

Stefan Beetz von der Brose Fahrzeugteile GmbH in Würzburg betrachtete die generativen Fertigungsverfahren aus dem Fokus von Funktion und Belastung. Er ging dabei folgenden Fragen nach: Was bietet sich zur Herstellung aus dem 3D-Druck an? Welche Bauteile sind überhaupt für diese Verfahren geeignet und welche Belastungen müssen diese Bauteile aushalten? Exemplarisch präsentierte er verschiedene Bauteile aus dem Automobilbereich, die bereits mit Hilfe von additiven Fertigungsverfahren umgesetzt werden. Auch bei Multimaterialbauteilen mit Hart- und Weichkomponenten ist der Einsatz der 3D-Druckertechnolgie möglich, so Stefan Beetz. Aber nicht nur Bauteile lassen sich drucken, sondern auch Werkzeuge, fuhr er fort. Im Bereich der Ersatzteilproduktion wurden bereits sehr gute Ergebnisse mit gespritzten Bauteilen aus gedruckten Werkzeugen erzielt. Gedruckte Werkzeuge eröffnen neue Möglichkeiten zur der schnellen Produktion von Bauteilen. Stefan Beetz fasste zusammen, dass es derzeit kein Verfahren gibt, das alle Bedürfnisse hinsichtlich Funktion, Belastung, Temperaturfestigkeit, Alterungsbeständigkeit sowie Serientauglichkeit erfüllt. Die Verfahrensauswahl ist entscheidend für die Funktion, fasste der Referent zusammen.

Innovative Entwicklungen im Bereich der Greifertechnik stellte Dr. Andreas Wolf vor.

Additiv gefertigte Baugruppen im Roboteranlagenbau standen im Blickpunkt von Dr. Andreas Wolf von der robomotion GmbH aus Stuttgart. Die Anforderung bestand darin, möglichst leichte Greiferlösungen für den Einsatz von Robotern zu realisieren. Das Selektive Laser Sinterverfahren und den damit einhergehenden Materialeigenschaften des verwendeten PA12 Kunststoffs boten die Voraussetzungen dafür, Leichtbaustrukturen, sowohl steif als auch funktional hoch integriert, in Losgröße eins kostengünstig herzustellen. Während bisherige Greiferbaulösungen häufig auf Metallstrukturen setzten und damit einhergehend hohes Gewicht- und damit hohe Trägheitsmomente aufwiesen, können nun neuartige Greifersysteme gestaltet werden. Bei Sauggreifern wurde zur Gewichtseinsparung die gesamte Luftführung ins Innere des Bauteils und damit in den Strukturbereich verlegt. Die additiven Fertigungsverfahren erlauben eine Entwicklungsmethodik, die uns sehr entgegen kommt, so Dr. Wolf. Die schnelle Verfügbarkeit der Greifer verkürzt die Bauteil-Entwicklungszeiten enorm. Dazu müssen neue Wege in der Konstruktion beschritten werden, so das Resümee des Referenten.

Klaus Eimann bei seinem Vortrag zum Thema additive Verfahren im Werkzeugbau.

Klaus Eimann von der Procter & Gamble Manufacturing GmbH in Marktheidenfeld präsentierte abschließend die Einsatzmöglichkeiten der laseradditiven Verfahren im Werkzeugbau. Bei Procter & Gamble kommen drei Schwerpunktverfahren zum Einsatz: Das Lasermetall-Deposition- (LMD) und das Selective Laser Melting Verfahren (SLM) sowie das Laser Micromachining (LMM). Während beim LMD-Verfahren gezielt Metallschichten auf Bauteile aufgetragen werden können, was Materialkombinationen, wie z.B. Kupfer-Kerne mit Stahlummantelung, ermöglicht, werden beim SLM Verfahren ganze Strukturen incl. konturnaher Kühlkanäle aufgebaut. Das LMM-Verfahren ermöglicht das Einbringen von Entlüftungen an bisher unerreichbaren Stellen des Werkzeugs. Der Einsatz der Verfahren im Bereich der Werkzeuggestaltung sowie der Werkzeuginstandhaltung ermöglicht es, kostengünstig, punktuell und vor allem sehr schnell Werkzeuge zu überarbeiten und wieder in den Produktionsprozess zurückzuführen. Die Technologien sparen Reparaturkosten sowie Kosten für die Ersatzteillagerhaltung. Die Maschinenverfügbarkeit steigt deutlich. "Die additiven Fertigungsverfahren bieten ein technologisches Potenzial das es zu nutzen gilt. Wer das heute nicht erkennt, wird sehr schnell den Anschluss verlieren", resümierte Klaus Eimann.

Weitere Informationen: www.kunststoff-netzwerk-franken.de

Kunststoff-Netzwerk Franken e.V., Bayreuth

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