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Apr 05, 2023

Additive Fertigung: Maschinen und Anlagen für 3D-gedruckte Bauteile aus Metall, Kunststoff und Keramik

Verwandte Anbieter Auf der Formnext 2022 wird AIM3D Informationen zu zwei bereitstellen

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Auf der Formnext 2022 informiert AIM3D über zwei große Highlights. Zum einen das neue Voxelfill-Verfahren zur nachhaltigen Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines schichtbasierten 3D-Bauteils und zum anderen die Markteinführung des Exam 510.

Jedes 3D-Druckverfahren konkurriert hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Zeitfaktoren und Wirtschaftlichkeit mit klassischen Fertigungsstrategien wie Gießen oder Fräsen. Es steht auch in Konkurrenz zu alternativen 3D-Drucktechnologien. Die technologische Herausforderung: Derzeit weisen schichtbasierte 3D-Aufbauprozesse von Polymeren häufig inhomogene Struktureigenschaften auf. Mit dem zum Patent angemeldeten Voxelfill-Verfahren geht AIM3D neue Wege, um inhomogene Festigkeitsprobleme durch die Erzielung definierter, selektiver Dichten im Bauteil zu überwinden.

Beim Voxelfill-Ansatz werden Bauteile nicht mehr ausschließlich schichtweise (also 2,5D) erstellt, sondern nutzen eine schichtübergreifende Füllung, indem sogenannte Voxel als Volumenbereiche genutzt werden. Dazu wird zunächst wie gewohnt die Bauteilkontur als Grundstruktur aus einer oder mehreren Bahnen des extrudierten Materials erstellt. Im Inneren des Bauteils entsteht ein Gittermuster, das ähnlich wie bei Hohlräumen die Grenzen der zu füllenden Volumenelemente definiert. Diese Struktur der zu füllenden Voxel ähnelt der Wabe in einem Bienenstock.

Die Voxelfill-Strategie umfasst nun zwei Prozessstufen:

1. Erzeugung einer Gitterstruktur: Das CEM-System wiederholt diese Struktur bis zu einer definierten Höhe der Volumenelemente, dann werden an dieser Stelle die zuvor erzeugten Hohlräume (Voxel) durch Einspritzen von thermoplastischem Material mit dem Extruder gefüllt.

2. Füllphase der Voxel: Jetzt kommt der zweite, noch wichtigere Baustein dieser 3D-Druck-Strategie zum Einsatz: Beim Füllen der Volumenbereiche umfasst dies nicht das Füllen aller Voxel in einer Ebene. Dies würde wiederum zu einer Schwäche in Z-Richtung direkt in der „Naht“-Ebene führen. Durch die Verschiebung der Volumenelemente auf halber Höhe des Voxels entsteht eine Art „ziegelsteinartiger Verbund“ im Bauteil, was zu einem Versatz der Fließlinie führt. Dies führt zu einer enormen Festigkeitssteigerung und verbessert zudem die Elastizität der Bauteile in Z-Richtung. Darüber hinaus reduzieren die eingebrachten Volumenelemente die Druckzeit für vollständig gefüllte Bauteile erheblich und erhöhen so die Wirtschaftlichkeit des CEM-Prozesses deutlich.

Auf der Formnext 2022 wird auch der neue Granulatdrucker Exam 510 von AIM3D vorgestellt. Das Rostocker Unternehmen hat dieses große CEM-System in nur 1,5 Jahren bis zur Beta-Phase entwickelt. Zu den Nutzern der Beta-Phase gehören ZF Friedrichshafen, Schaeffler und die Technische Universität Clausthal. Das neue Exam 510 bietet eine größere Baufläche, höhere Präzision und beschleunigte Baugeschwindigkeiten.

Der Drucker Exam 510 ist ein Multimaterialdrucker für die additive Fertigung, der bis zu drei Materialien nacheinander drucken kann. Die vergrößerte Baufläche von 510 x 510 x 400 mm3 eröffnet nun eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten. Um die Spannungen im Bauteil zu reduzieren und Hochleistungsmaterialien zu verarbeiten, kann der Bauraum auf bis zu 200 °C erhitzt werden. Die deutlich erhöhte Aufbaurate bzw. Druckgeschwindigkeit hängt natürlich vom verwendeten Material ab und kann bis zu 250 cm3/h betragen (bei Verwendung einer 0,4-mm-Düse). Diese Extruderklasse ermöglicht bis zu zehnmal höhere Extrusionsraten als handelsübliche Filamentextruder. Der besondere Reiz der Prüfung 510 zeigt sich in den einsetzbaren Materialien. AIM3D hat die Anlage mit einer beheizbaren Prozesskammer ausgestattet, die speziell für den Einsatz von Hochtemperaturkunststoffen ausgelegt ist. Dadurch ist es möglich, auch Hochtemperaturkunststoffe wie PEEK, PEI, PSU, PPS, mit oder ohne Faserfüllung, zu verarbeiten.

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