3D-Druck
Mit additiver Fertigung in die Serienproduktion
Additive Fertigung wird 30x schneller
Performance und Produktivität
im 3D Druck
Große Formate, hohe Stückzahlen, höchste Produktivität – Der 3D-Druck mit Granulat erschließt neue Anwendungsgebiete für die additive Fertigung. Der 3D-Druck wird zu einem etablierten Fertigungsverfahren in immer mehr Industriezweigen unter anderem der Automobil-, Luftfahrt-, Schifffahrtindustrie und den erneuerbaren Energien.
Die direkte Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffgranulaten mittels Schneckenextrusion in der additiven Fertigung ermöglicht hohe Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 400 mm/s, hohe Austragsraten > 2 kg/h und Bauvolumen im Kubikmeter-Bereich.
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Überblick Fertigungsverfahren
Als additive oder generative Fertigungsverfahren werden Prozesse definiert, bei denen ausgehend von 3D-Volumenmodellen, Bauteile schichtweise aufgebaut werden. Anders als im Spritzgießen wird kein Werkzeug benötigt. Diese Verfahren werden häufig auch als 3D-Druck bezeichnet und umfassen mehrere Technologien, die sich in den verwendeten Materialien und dem Prozess des generativen Aufbaus unterscheiden. Für die Verarbeitung von Kunststoffen werden beispielsweise Sinterverfahren mit Pulvern (Powder Bed Fusion), Photopolymerisation flüssiger Polymere und die Material Extrusion eingesetzt. In Extrusionsverfahren werden Materialstränge abgelegt (FLM – Fused Layer Modeling). Die Kunststoffe werden als Filament (FFF – Fused Filament Fabrication) oder in Form von Granulat (FGF – Fused granulate fabrication) zugeführt.
Bei der subtraktiven Fertigung hingegen wird ein Bauteil durch das Abtragen von Material hergestellt. So wird beispielsweise aus einem Materialrohling durch Schleifen, Bohren oder Fräsen ein kleineres Bauteil erstellt.
Teile, die im 3D-Druck hergestellt werden, werden oftmals nachbearbeitet, um verbesserte Maß- und Oberflächentoleranzen zu erreichen. Besonders im FGF-Verfahren auch SEAM genannt (Screw Extrusion Additive Manufacturing) ist die Kombination von additiver und subtraktiver Fertigung sinnvoll, um mit hoher Austragsleistung Komponenten zu additiv drucken und lokal funktionelle Bereiche durch subtraktive Verfahren nachzubearbeiten.
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Vorteile des FGF
Warum Granulatdruck die additive Fertigung revolutioniert
- Performance
- 1
- Produktivität
- 2
- Wirtschaftlichkeit
- 3
Maschinen- und Bauteilgrößen im Granulatdruck
AM für Prototypen
Entwicklung und Vorserien
Kleinserien
Verarbeitung spezieller Materialien, bspw. FR-Compounds
AM für Serienproduktionen
große Teile mit optimierter Geometrie
Funktionsintegration mit komplexen Strukturen
Kosten- und Zeitersparnis bei kleinen und mittelgroßen Projekten
AM im Formenbau
Großformatiger Druck mit Strangquerschnitten >100 mm² und spanender Nachbearbeitung
Laminier-, Vakuum- und Light-RTM-Formen
Herstellung großformatiger GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics) und CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) Bauteile
Wissenswertes zum Druck mit Granulat
Allgemeines
Standardgranluat ist meist günstiger als Filament, da der Herstellungsschritt zum Filament wegfällt. Zudem sind viele Spezialmaterialien verfügbar, die bestimmte Anforderungen erfüllen (z.B. Flammwidrigkeit) und so für Ersatzteile in entsprechenden Industrien verwendet werden können. Im Vergleich zu Filament sind höhere Verstärkungsanteile bis 60 Gew.-% Glasfaser oder 40 Gew.-% Carbonfaser möglich, was den Anwendungsbereich noch zusätzlich erweitert.
Die Druckbarkeit ist abhängig von den Materialeigenschaften. Teilkristalline Kunststoffe sind beispielsweise nur faserverstärkt gut verarbeitbar. Die Fasern reduzieren die Schwindung des Materials, sodass dimensionsstabile Bauteile produziert werden können. Amorphe Kunststoffe sind auch unverstärkt verdruckbar.
Weiterhin spielt auch die Viskosität des Materials eine Rolle.
Vor allem Fasern reduzieren den Verzug teilkristalliner Polymere deutlich und tragen so zum Druck von dimensionsstabilen Bauteilen bei. Kohlenstoffasern reduzieren den Verzug wesentlich effektiver als Glasfasern und verbessern die Oberflächenqualität. Im Allgemeinen ermöglicht eine Faserverstärkung höhere Produktionsgeschwindigkeiten durch eine im Vergleich zu ungefüllten Polymeren erhöhte Wärmeformbeständigkeit.
Bauteilgröße und Detailreichtum sollten mit der Maschinengröße in Einklang stehen. Limitationen in der Schichtbauzeit und damit effektiven Bauteilgröße sind zudem vom Material abhängig. Je höher der Schmelzpunkt des Materials, desto kürzer die maximale Schichtbauzeit. Ist die Schichtbauzeit die limitierende Größe, kann mit höheren Verfahrgeschwindigkeiten und größeren Strangquerschnitten die effektive Bauteilgröße erhöht werden. Über eine Simulation können die Bauteilgeometrie und der Prozess abgesichert und optimiert werden.
Die additive Fertigung mit Granulat findet sowohl in der Prototypenphase als auch in der Serienfertigung von Strukturbauteilen Verwendung. Ein weiterer Einsatzbereich ist der Formenbau.
Die Oberflächenqualität ist vom Material und von den Druckparametern abhängig.
Werden glatte Oberflächen und geringe Toleranzen gefordert, kann ein Nachbearbeiten der Oberfläche nötig sein.
In der Regel werden Bauteile ohne Stützstruktur gedruckt, um zusätzliche Materialkosten zu vermeiden und da die Strukturen aufgrund der Stranggröße deutlich schwieriger zu entfernen wären als im Filamentdruck. Je nach Geometrie gibt es bei Portalmaschinen die Möglichkeit, den Extruder in einem festen Winkel anzustellen, um so die mechanischen Eigenschaften im Bauteil besser an den Lastfall anzupassen. Robotergeführte Extruder bieten zusätzliche Freiheitsgrade, die außerdem durch einen Bauplattform auf einem Dreh-Kipptisch erweitert werden können. Über die non-planare Bahnplanung ist es möglich, auch steilere Überhänge bis zu 90° zu drucken. Zudem kann die Schichthöhe in einer Schicht variiert werden, um ein Ab- und Ansetzen des Extruders zu vermeiden. Voraussetzung dafür ist eine entsprechende Slicingsoftware.
AKRO Compounds
Wir bieten hauptsächlich faserverstärkte Polyamid und Polyester Compounds. Neben den Standard-Spritzgussgranulaten, haben wir auch speziell für die additive Fertigung entwickelte Compounds in unserem Portfolio, beispielsweise kohlenstofffaserverstärktes PA11, PP und ABS bzw. ASA.
Einen Überblick über unsere Compounds finden Sie im Compound Explorer. Darüber hinaus bieten wir spezielle Reinigungsgranulate für den FGF-Bereich an.
Unser Portfolio umfasst hauptsächlich technische Kunststoffe, die sich besonders für die Herstellung von Strukturbauteilen eignen und auch für den Formenbau eingesetzt werden können.
Natürlich sind auch Anwendungen darüber hinaus realisierbar und wir unterstützen gerne bei der Umsetzung!
AKRO-PLASTIC unterstützt in der anwendungsspezifischen Auswahl von Compounds für den großformatigen 3D-Druck. Wir generieren mechanische Kennwerte für additiv gefertigte Bauteile. Dafür setzen wir AM-spezifische Prüfkörper ein, die repräsentativ für ihre Anwendung sind.
Wir bieten anwendungstechnische Unterstützung in der Auslegung von Bauteilen und Prozessen. Beispielsweise beraten wir in der Konstruktion und Bahnplanung für AM-Projekte.
Die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile sind von der Orientierung der Stränge abhängig. In Ablagerichtung (0°/XY) sind die Verstärkungsfasern stark orientiert. Dadurch ergeben sich Festigkeiten, die auch oberhalb der angegebenen Spritzgießwerte liegen können. Quer dazu , in 90°/XZ Richtung, wird die Festigkeit hauptsächlich über die Eigenschaften des Matrixpolymers bestimmt. Dadurch ergeben sich bei faserverstärkten Compounds Festigkeiten in 90° Richtung, die deutlich geringer sind, als jene in 0° Richtung. Detaillierte mechanische Kennwerte für AM-Compounds teilen wir Ihnen auf Anfrage mit. Sprechen Sie uns gerne an.
Materialqualifikation bei AKRO-PLASTIC
Anwendungen
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Disclaimer: Alle auf dieser Website gemachten Angaben basieren auf unseren derzeitigen Kenntnissen und Erfahrungen. Eine rechtlich verbindliche Zusicherung bestimmter Eigenschaften oder Eignung für einen konkreten Einzelfall kann aus unseren Angaben nicht abgeleitet werden. Die Verarbeiter und Anwender werden durch unsere Angaben nicht von Versuchen und eigenen Prüfungen für den konkreten Einsatzfall befreit. AKRO®, AKROMID®, AKROLEN®, AKROLOY®, AKROTEK®, ICX®, PRECITE® und DIA(hr)LOG® sind registrierte Marken der AKRO-PLASTIC GmbH.