9 Gründe dafür, warum ein industrieller 3D-Drucker über austauschbare Druckmodule verfügen soll


Optimale 3D-Druckbedingungen für jede Materialart

 

9 Vorteile, welche ein industrieller 3D-Drucker mit austauschbarem Druckmodulsystem mit sich bringt.

 

 

 

Modulare Bauweise der Industriemaschinen

 

Die in verschiedenen Industriezweigen tätigen Hersteller von Gebrauchtmaschinen sind seit mehreren Jahren auf die modularen Maschinen fokussiert. Dem Benutzer wird eine Maschine in Grundkonfiguration zur Verfügung gestellt, die je nach Applikation und Bedürfnissen des Kunden um weitere Module bzw. für den jeweiligen Betrieb geeignete Spezialwerkzeuge erweitert werden kann. Als Beispiel dafür gilt hier die Wahl des geeigneten für die CNC-Maschine verwendeten Werkzeugs, was die optimale Nutzung der Maschine sowie Anpassung an die jeweiligen Einsatzbereiche ermöglicht. Auf ähnlichen Annahmen basiert die modulare Bauweise der 3D-Drucker.

 

Die modularen Lösungen werden von Maschinenherstellern immer häufiger eingesetzt, weil sie sehr praktisch sind und sie fügen auch gut ins Konzept Industrie 4.0 ein. Für den Benutzer bedeutet dies eine Garantie für Flexibilität und Anpassung der Maschine an sich ständig wechselnden Erwartungen und verschiedenen Anwendungen. Mögliche Erweiterung des Gerätes während seines gesamten Lebenszyklus sowie schnelle Montage von anderen Zubehörteilen wie Spezialwerkzeuge bzw. -module werden als Wertschöpfung jeder Industriemaschine angesehen.

 

Industrieller 3D-Drucker mit modularer Bauweise

 

Die Produktionsunternehmen statten ihre Maschinenparks weltweit immer häufiger mit industriellen 3D-Druckern aus. Sie finden praktisch in jeder Branche Anwendung. In der Eisenbahnindustrie werden die Innenraumelemente in der 3D-Drucktechnologie produziert, Flugzeughersteller ersetzen die bisher verwendeten Metallteile durch leichtere und gleichzeitig gegen viele äußere Einflüsse beständige Komponenten und die Automobilindustrie erstellt zahlreiche Prototypen viel schneller und nutzt dabei die in additiven Fertigungsverfahren hergestellten Produktionsanlagen. Das Angebot von auf dem Markt verfügbaren technischen und hochbeständigen Materialien ist sehr umfassend, wird ständig weiter entwickelt und der Einsatz von diesen Materialien sowie der 3D-Druck im Industriebereich bieten in allen Industriebranchen viele neue Möglichkeiten. Was wichtig ist, wollen Ingenieure in vielen Abteilungen, darunter auch in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen, mit all diesen verfügbaren technischen Materialien unter Einsatz nur eines 3D-Druckers arbeiten. Leider ist das nicht immer möglich, weil die Anlagen für die additiven Fertigungsverfahren verschiedene Einschränkungen aufweisen, die ihren Betrieb mindern, wobei diese Einschränkungen oft auf verfügbare Materialien zurückzuführen sind.

 

Welche Merkmale sollte ein 3D-Drucker haben, um Teile sowohl aus Hochtemperatur-Materialien wie PEEK, ULTEM oder PC als auch aus mit Fasern verstärkten Materialien bzw. elastischen Filamenten herstellen zu können? Erfahren Sie mehr, warum ein 3D

Drucker für industrielle Anwendungen mit einem modularen System ausgestattet werden soll.

 

Warum können die meisten 3D-Drucker nicht aus verschiedenen Materialgruppen drucken?

 

Auf dem Markt sind heutzutage ziemlich viele 3D-Drucker erhältlich, die nur mit wenigen Filamenten kompatibel sind, was bedeutet, dass das Unternehmen über einige verschiedene Anlagen verfügen muss. Jede Anlage wird dann für den jeweiligen Einsatzbereich verwendet. Das heißt höhere Anschaffungskosten und unwirtschaftliche Nutzung von Ressourcen der Kunden. Wie sieht es in der Praxis aus?

 

Um einen Teil aus ABS, d.h. einem Material mit geringer Extrusionstemperatur aus der Gruppe der im 3D-Druckbereich verwendeten Basispolymeren, zu drucken (sog. Commodity), muss der Kunde eine Anlage kaufen. Um Teile aus z.B. mit Kohlenstofffasern verstärkten Materialien wie PA-CF oder PC-CF zu produzieren, ist der Erwerb eines anderen 3D-Druckers notwendig, der häufig viel teurer ist. Wenn wir hingegen Modelle aus High-Performance-Materialien mit hohen mechanischen Eigenschaften produzieren möchten, die temperatur- und chemikalienbeständig sein sollen, müssen wir unseren Maschinenpark um eine weitere 3D-Druckmaschine erweitern. Auf dem Markt gibt es nur wenige Anlagen, die für den Betrieb unter Verwendung von solchen Filamenten wie PEEK, PEKK oder ULTEM aufgrund der spezifischen Anforderungen im Bereich der Temperatur und Druckbedingungen geeignet sind.

 

Der 3D-Druckprozess muss mit dem jeweiligen Material kompatibel sein und einer der Grundparameter des 3D-Druckes ist die Extrusionstemperatur des Materials, die mit den technischen Materialparametern wie Glasübergangstemperatur oder Erweichungstemperatur unmittelbar zusammenhängt. Zum Beispiel braucht PEEK für Beginn der Extrusion in der 3D-Drucktechnologie die Erhitzung des Druckkopfes bis 360–400°C, ABS wird dagegen bei nur 230–260°C extrudiert. Jeder 3D-Drucker in Standardausführung wird das Problem mit der Förderung von so verschiedenen Materialien an einem Druckkopf haben.

 

Durch die modulare Bauweise reicht nur ein Gerät aus, mit dem aus verschiedenen Materialgruppen gearbeitet werden kann, wobei hochwertige Modelle erzielt werden können. Auch wenn das Gerät größtenteils zum Druck von Grundmaterialien wie ABS oder PLA eingesetzt wird, kann möglicherweise Bedarf bestehen, Teile aus beständigeren Materialien wie z.B. PEEK bzw. mit Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkten Materialien zu drucken. Bei Druckern mit modularer Bauweise kann auf ein zusätzliches Gerät verzichtet werden – Ausreichend ist dabei die Anschaffung eines Druckmoduls, das für den Druck aus dem jeweiligen Material geeignet ist. Die Anschaffungskosten eines Moduls sind in diesem Fall oft mehrfach niedriger als Kauf eines weiteren 3D-Druckers.

 

Warum können nicht verschiedene Materialgruppen an einem Druckkopf gedruckt werden?

 

Durch jedes Ersetzen des extrudierten Materials durch Material mit anderen Eigenschaften kann zur Verstopfung der Düse kommen. Wenn der Druckvorgang unter Einsatz von PEEK erfolgte und gleich danach wird versucht aus PLA zu drucken, dessen Extrusionstemperatur wesentlich niedriger ist, verhindern die in der Düse befindlichen PEEK-Materialreste den Extrusionsvorgang. Wenn aber das Material mit niedriger Extrusionstemperatur bei höheren Temperaturen gedruckt wird, führt dies zu seiner Beschädigung und somit zur erheblichen Einschränkung bzw. zum Verlust seiner mechanischen Eigenschaften und Beständigkeit gegen äußere Einflüsse. Eine große Bequemlichkeit für den Benutzer ist die Anschaffung eines mit Modulsystem ausgestatteten 3D-Druckers, was dieses Problem löst.

 

 

Austauschbare Druckmodule – Beschreibung, Vorteile

 

Das austauschbare Modulsystem erlaubt die Verwendung eines breiten Spektrums von Materialien an nur einem Gerät. Von Grundmaterialien, die in der Industrie für schnelles Prototyping weit verbreitet sind, über typische technische Materialien bis hin zu fortgeschrittenen Materialien für spezielle Anwendungen. Wie funktioniert es in der Praxis? Die Bauweise jedes Moduls ist an die jeweilige Materialgruppe und deren Charakteristik für die maximale Optimierung des Druckprozesses angepasst. Um die beste Druckqualität sowie Details zu erhalten, die sich durch die erforderliche Beständigkeit und Festigkeit auszeichnen, muss der Druckprozess mit dem jeweiligen Material kompatibel sein.

 

Um die Funktionsweise des Modulsystems besser zu visualisieren, betrachten wir den 3D-Drucker als Maschine und das Modul als Werkzeug. Je mehr verfügbare Werkzeuge wir haben, desto mehr funktionsfähig ist unsere Maschine, aber zu einem bestimmten Zeitpunkt verwenden wir nur dieses Werkzeug, das die zu erwartenden Ergebnisse erzielt. Genauso ist es mit 3D-Druckern. Jedes Modul ist ein Werkzeug, das ermöglicht, mit verschiedenen Filament-Gruppen zu arbeiten, die sich oft durch Plastifiziertemperatur extrem voneinander unterschieden.

 

Łukasz Lipiec, Technical Applications Engineer