Die Produktion wird immer flexibler, diversifizierter und dezentralisierter. Entscheidend tragen dazu zweifellos die additiven Fertigungsverfahren bei, die auch den Wandel vom produktionsbasierten Design zur designgetriebenen Produktion einleiten. Der 3D-Druck-Dienstleister FIT entwirft in diesem Beitrag ein Best-Practice-Panorama heutiger Technologien.

An über 2000 genau passenden Fügestellen wurde die bis dahin größte jemals 3D-gedruckte Gitterstruktur zu einem 8 m hohen Retabel (Altaraufsatz) zusammengefügt

Was additive Kunststoff-Fertigung zu leisten vermag. Die Sicht eines Full-Service-Providers

Verfahren für die additive Fertigung

Anlagen für die Additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Stereolithografie, Kunststoff

Anlagen Selektives Lasersintern, Kunststoff

3D-Druck-Anlage, pulverbettbasiert, Metall

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

SLA (Stereolithografie) Kunststoff

Flüssigmaterialverfahren

3D-Druck-Anlage, strahlbasiert, Metall

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Pulverbettverfahren

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Additive Fertigung

Fused Deposition Modeling Kunststoff, Glas, Karbon, Metall

Freiraumverfahren

Werkstoffe für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Feiner, größer, schneller

Vom 15. bis 18. November 2022 werden auf der Formnext in Frankfurt am Main Neuheiten aus der additiven Fertigung präsentiert. Einige Messe-Highlights können wir schon heute verraten.

Auch in der additiven Fertigung ist das Thema Nachhaltigkeit angekommen, das zeigt unter anderem Evonik mit seinem neuen PA12-Pulver.

Vom 15. bis 18. November 2022 werden auf der Formnext in Frankfurt am Main wieder live Neuheiten zur additiven Fertigung präsentiert. Einige Messe-Highlights können wir schon heute verraten.

Diese Neuheiten werden auf der Formnext 2022 präsentiert

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

Polyamide

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Premierenfieber in Frankfurt

Formnext 2022 zeigt, die additive Fertigung kann dazu beitragen, Prozesse und Produktionen zu dezentralisieren und Supply-Chains resilienter zu machen, ressourcenschonend und mit weniger Energieverbrauch zu produzieren.

Die Formnext 2022 fand vom 15. bis 18. November in Frankfurt am Main statt.

16:9

Filamente für additive Verfahren

Die Zukunft der industriellen Fertigung

Hochleistungskunststoffe bieten sehr gute Eigenschaften. Das Einfärben dieser Polymere ist jedoch häufig mit Schwierigkeiten verbunden.

Beim Einfärben von Hochleistungskunststoffen kommt es sehr stark auf das verwendete Farbmittel an.  

Einfärben von Hochleistungskunststoffen

Polyetherketon

Farbstoffe und Pigmente

Additive

Farbkonzentrate (Batches)

Farbstoffe

Polyethersulfon

Hochleistungskunststoffe

Farbe für die Spitze der Polymerpyramide

Referenzbauteile eignen sich sehr gut zur unkomplizierten Beurteilung der Qualität von 3D-Druckern. Schwierig wird es für den Anwender erst, wenn er die einzelnen Prüfgeometrien objektiv bewerten soll.

 Wissenschaftler vom Fraunhofer IPA haben deshalb ein Referenzbauteil mit einem zugehörigen Bewertungssystem entwickelt, das eine schnelle, unkomplizierte und objektive Beurteilung der Qualität eines 3D-Druckers erlaubt. 

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Unkomplizierte Beurteilung der Qualität

Am 22. und 23. Juni kann die Kongressmesse für die Additive Fertigung live vor Ort oder per Online-Stream besucht werden. Leitmotto der Veranstaltung ist das Thema Nachhaltigkeit. Die 3D Pioneers Challenge findet 2021 rein digital statt.

Die Sessions können 2021 live besucht oder gestreamt werden.

Neuer Termin ist der 22. bis 23. Juni 2021

CAM für die additive Fertigung

Software

Rapid.Tech 3D 2021 auf Juni verschoben

Viele Wege führen zum Kunststoff und im Fall vom AIM3D ging dieser über die Metallbearbeitung – denn damit hat die Geschichte des Start-ups angefangen. Heute kann das junge Unternehmen aus Rostock beide Seiten bedienen.

CTO Clemens Lieberwirth (im Bild) hat das Unternehmen 2017 gemeinsam mit Dr. Vincent Morrison gegründet.

Start up

Wirtschaft

Unternehmen und Unternehmer

Ehrhardt, Melanie

Wenn Materialgrenzen verschwinden

Während der vier Messetage im November machte die Formnext 2021 die Metropole Frankfurt am Main wieder zum internationalen Innovationszentrum des weltweiten Additive Manufacturing und der modernen Industrieproduktion. Einige der Schwerpunkte auf Kunststoffseite waren die Fertigung großvolumiger Teile, die Verwendung von Spritzgießgranulat als Materialbasis und die Verarbeitung von Hochleistungskunststoffen.

Ein hochfestes carbonfaserverstärktes Polyamid wird auf ein plasmabehandeltes Edelstahlblech gedruckt.

Doriat, Clemens, Dr.

Hochleistung im 3D-Druck

Fünf Start-ups konnten mit ihren Neuheiten die internationale Jury überzeugen und werden als Gewinner der Formnext Start-up Challenge ausgezeichnet.

Fand 2020 zum sechsten Mal statt: Formnext-Start-up Challenge

Optische 3D-Messsysteme

Messtechnik

Optische Mess- und Prüftechnik

Messeveranstalter

2D/3D-Messtechnik

Geometrische Messtechnik

2D/3D-Koordinatenmessgeräte

Gewinner der Formnext Start-up Challenge 2020

Mehr als 2.500 Gäste informierten sich auf Kongress und Messe der 18. Rapid.Tech 3D über zukünftige Entwicklungen im industriellen 3D-Druck.

Möge die Macht mit dem 3D-Druck sein: Die Rapid.Tech 2022 demonstrierte sehr eindrucksvoll, dass die Branche weg will vom Bastler-Image. Der Spaß sollte dennoch nicht zu kurz kommen.

Rückkehr der 3D-Spezialisten

Die Neu- und Weiterentwicklungen bei technischen Kunststoffen leiten Fortschritte bei den klassischen Abnehmern ein und helfen den verschiedensten Anwendungsbranchen, ihre hochgesteckten Ziele oder gesetzliche Ansprüche zu erreichen. Hochleistungskunststoffe punkten hingegen in Bereichen mit extremen Anforderungen. 

Technische und Hochleistungskunststoffe werden immer weiter spezialisiert 

Polyacrylate

Polycarbonat

Styrol-Copolymerisate

Den Kunden dicht auf den Fersen 

Fortschrittliche Materialien, Herstellungsverfahren oder Komplettangebote öffnen die Tür zu höherer Leistungsfähigkeit und erweiterten Einsatzmöglichkeiten für PAEK. Auf die Anwendungsebene in der Automobil-, Luftfahrt-, Elektronik-, Energie- und Medizinindustrie übertragen, bedeutet das mehr Produktivität, Leistung und Zuverlässigkeit, außerdem Kosteneffizienz und den Ersatz bislang genutzter Metalle. 

Neue Werkstoffe und Technologien bringen Polyaryletherketone in Bewegung 

Polyaryletherketone (PAEK) 

Filigrane Werkzeuge und winzige Bauteile sind das Spezialgebiet der Kunststofftechniker von Jantsch. Kurz vor Serienanlauf eines erdgasbetriebenen Fahrzeugs entwickelten sie einen dringend benötigten Diffusor. Zusammen mit dem Distributeur K. D. Feddersen wurde für die hauchdünnen Wände nicht nur auf einen sehr speziell zu verarbeitenden Kunststoff gesetzt, sondern auch ein Werkzeug am Rande des Möglichen gebaut. 

Mikrospritzgießen eines Gasdiffusors mit flüssigkristallinen Polymeren 

Polymere, flüssigkristalline

Spritzgießwerkzeuge

Eine Rakete im Werkzeug 

PEEK ist ein noch junger Hochleistungsthermoplast. Die kontinuierliche Weiterentwicklung ermöglicht anspruchsvolle Komponenten in fortschrittlichen Anwendungen der Automobil-, Elektronik-, Luftfahrt-, Lebensmittel-, Öl- und Gasindustrie sowie der Medizintechnik.

Additiv gefertigtes Versuchsbauteil einer Befestigung aus PAEK, links im Strangauftragsverfahren hergestellt, rechts mittels Lasersintern

20:7

Polyetheretherketon (PEEK)

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Zusätzliche Bereiche erschlossen

Viele Branchen treibt die Suche nach Materialien für gestiegene Leistungsanforderungen und verbesserte Kosteneffizienz an. Gleichzeitig rücken gesellschaftliche und ökologische Trends in den Vordergrund. Dazu zählen die Reduzierung der CO2-Emissionen und die Unterstützung einer alternden Bevölkerung. Wegen seiner Eigenschaften kommt dafür immer öfter der Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon zum Einsatz.

In kryogenen Anwendungen kann PEEK Fluorpolymere ersetzen. Advanced Engineering Valves nutzt ein PEEK von Victrex etwa für Dichtungen in Kugelventilen, die bei der Verflüssigung von Erdgas verwendet werden  © Advanced Engineering Valves

Polyetheretherketon (PEEK): Leistungssteigender Ersatz für Metalle und andere Polymere

Elektronik-Fertigung

Elektronik

Mikroelektronik

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Medizintechnik

Medizinprodukte

Effizient auch in rauen Umgebungen

Die additive Fertigung schafft immer öfter den Sprung in die Serienproduktion. Besonders, wenn sie in der jeweiligen Anwendung ihre speziellen Stärken ausspielen kann. Gut zu sehen war das im vergangen Jahr auf der Formnext. Dass die Verfahren in der Massenproduktion ankommen, zeigen auch einige Entwicklungen im Materialbereich.

Die Additive Fertigung schafft immer öfter den Sprung in die Serienfertigung. Gut zu sehen war das im vergangen Jahr auf der Formnext.

Der 3D-Druck ist seinen Kinderschuhen entwachsen. Das demonstrierte im vergangenen Jahr eindrucksvoll die Formnext in Frankfurt am Main. Die mehr als 800 Aussteller zeigten, wozu die additive Fertigung imstande ist. Richtig eingesetzt, kann sie dazu beitragen, Prozesse und Produktionen zu dezentralisieren, Lieferketten resilienter zu machen sowie ressourcenschonend zu produzieren. Und noch etwas wurde deutlich: Es geht längst nicht mehr um das reine Prototyping. Die Branche will den Übergang in die Massenproduktion schaffen.

Das konnten die knapp 30 000 Besucher und Besucherinnen unter anderem am Stand von Formlabs sehen. Das Unternehmen, das sowohl Materialien als auch 3D-Drucker im Portfolio hat, machte anhand diverser Kundenanwendungen deutlich, was sich mithilfe additiver Fertigungsverfahren realisieren lässt – und vor allem in welchen Stückzahlen: Seit seiner Gründung im Jahr 2011 wurden auf den 3D-Druckern des Unternehmens laut eigenen Angaben 100 Millionen Teile gefertigt. Die Fallbeispiele reichen von Fahrzeugkomponenten von Vital Auto bis zu hochleistungsfähigen Prototypen für Sportartikel von Black Diamond Equipment. Am Stand außerdem dabei: die Entwickler der Kameraausstattung von XSpecter, die bei der Produktion ihrer Endverbrauchsteile sowohl SLA- als auch SLS-Technologie nutzen (Titelbild).

Auch die Deutsche Bahn vertraut der Kompetenz des Berliner Unternehmens. Bereits 2015 hatte der Konzern sich erstmals an den Einsatz des 3D-Drucks zur Fertigung von Ersatzteilen für seine Züge gewagt. Bis Ende 2017 wurden etwa 2000 Ersatzteile auf diese Weise hergestellt. Angefangen hat alles mit dem 3D-Druck eines einfachen Mantelhakens. Von diesem sehr simplen Ersatzteil aus sollte es dann aber immer komplexer werden. Die Bandbreite der 3D-gedruckten Teile umfasst mittlerweile neben dem Mantelhaken auch Lüftungsgitter, Kopfstützen, Kabelkästen, Querdämpferkonsolen und viele weitere.

Auch Wibu-Systems konnte einen großen Kunden gewinnen. Das Unternehmen gehört seit Langem zu den Vorreitern der Vision von Industrie 4.0 und hat seine Schutz- und Lizenzierungstechnologie CodeMeter zu einem „Business Enabler“ mit intelligenten Lizenzmodellen weiterentwickelt. Beispielsweise können damit Pay-per-Use-oder Abonnement-Lizenzen abgebildet werden (Bild 1). Zur Formnext zeigte Wibu zwei Erfolgsgeschichten, in denen CodeMeter beim Aufbau neuer Geschäftsmodelle im Bereich der additiven Fertigung dient.

Omniplus ist der Service von Daimler Buses für die Busunternehmen und Servicepartner der Marken Mercedes-Benz und Setra. Um seinen Kunden schnell und agil Ersatzteile und Dienstleistungen zu bieten, setzt Daimler Buses verstärkt auf Digitalisierung und bietet eine wachsende Anzahl von Ersatzteilen und Komponenten als 3D-druckbare Dateien in seinem neuen Druckshop an.

Daimler Buses, Farsoon Technologies und Wibu-Systems haben zusammen an dem Online-Shop gearbeitet, in dem mit CodeMeter verschlüsselte Objekte angeboten werden. Beim Kauf werden zwei Lizenzen erzeugt: Die Kunden erhalten eine Vorbereiterlizenz zur Druckvorbereitung und eine Drucklizenz für die Anzahl der zu druckenden Objekte. CodeMeter wurde direkt in Omniplus integriert und soll seinen Anwendern beziehungsweise Kunden eine schnelle und zuverlässige Auftragsabwicklung, Lieferung sowie Rechnungsstellung ermöglichen.

„Die Ersatzteile sind sofort überall auf der Welt verfügbar und eine kostenintensive Bevorratung ist überflüssig, was für eine schnellere Teileverfügbarkeit, den Wegfall von aufwendigen Lieferketten und Einsparung von Kosten sorgt“, erklärt Stefan Bamberg, Senior Key Account & Partner Manager bei Wibu, die Vorteile. Das sei nicht nur für Busunternehmen interessant. „Das Geschäftsmodell kann für beliebige Industriezweige umgesetzt werden – nicht nur für Ersatzteile“, so Bamberg. Durch die weiter fortschreitende Digitalisierung werde immer mehr Know-how in Form von Daten transportiert. „Dieses gilt es zu schützen und die Möglichkeit der Monetarisierung der Daten zu nutzen“, erklärt er weiter.

„Als Weltleitmesse ist die Formnext für uns und unsere Märkte eine der wichtigsten Fachmessen überhaupt“, sagte Dr. Victor Roman, Geschäftsführer Arburgadditive. Ein besonderes Augenmerk des Messeauftritts lag auf dem neuen Freeformer 750-3X, dessen großer Bauraum sich zur schnellen Serienfertigung großer Bauteile bzw. mehrerer Artikel pro Bauauftrag eignet (Bild 2).

Zu den zahlreichen technischen Neuerungen im Vergleich zum Vorgängermodell zählt eine neue Plastifizierung: Zum Einsatz kommen jetzt kompaktere und schlankere Massedruckerzeuger zum Dosieren und Einspritzen, ausgestattet mit Servo-Motoren von AMKmotion, einem Unternehmen der Arburg-Familie. Das gesamte System, also Materialaufbereitung und Austragseinheiten, wurde druckoptimiert und auf das Kunststoff-Freiformen (AKF-Verfahren) abgestimmt. Der Fokus liegt auf Präzision und Wiederholgenauigkeit des Masseaustrags, was wiederum der Erzeugung gleich großer, konstanter Tropfen dient. Zudem sind die drei Austragseinheiten kompakter ausgeführt und enger zueinander angeordnet. Sie weisen gegenüber dem Freeformer 300-3X eine um 100 mm „schlankere“ Bauform auf.

Der Trend in der industriellen additiven Fertigung geht deutlich in Richtung einer hohen Wirtschaftlichkeit in der täglichen Produktion, sowohl bei der Herstellung größerer Einzelbauteile als auch beim Aufbau mehrerer Artikel in einem Arbeitsdurchlauf. Genau diese Herausforderungen erfüllt der Freeformer 750-3X. Das System schließt ebenfalls die Lücke vom reinen Prototyping hin zur Fertigung von funktionsfähigen Kleinserien. Denn nicht nur die Baugröße ist gewachsen, sondern auch die Baugeschwindigkeit. Die Volumina der Granulat-Behälter wurden verdoppelt, die Zugänglichkeit im Bereich der Wartungsklappe verbessert. Das alles bringt unter anderem noch mehr Individualität, Funktionalität, erhöhte Bedienfreundlichkeit, geringere Kosten und Freiheit bei der Teileauslegung sowie eine effektive Beschleunigung des Outputs.

Der verstärkte Einsatz der additiven Fertigung für Serienbauteile hat auch Auswirkungen auf die verwendeten Materialien. Beispielsweise steigen die Anforderungen an deren mechanische Eigenschaften, ihre chemische Beständigkeit und das Langzeitverhalten. Schließlich werden die Bauteile nicht mehr nach kurzer Zeit und einigen Tests entsorgt, sondern müssen länger ihren Dienst verrichten.

Neben höheren Anforderungen sind außerdem in vielen Bereichen Zertifizierungen notwendig. Und Bauteildesigner und Verarbeiter benötigen verlässliche Daten über wichtige Kennwerte. Die Materialhersteller haben deshalb in den letzten Jahren verstärkt ihre 3D-Druck-Materialien für verschiedene Branchen zertifiziert, etwa für den Automobil- und Bahnbereich. Sie stellen mittlerweile außerdem umfangreiche Datenblätter mit Materialeigenschaften zur Verfügung.

Zertifizierte und rückverfolgbare  Materialien

Beispielsweise bietet Henkel Photopolymere an, die für Bahnanwendungen oder die Medizintechnik zertifiziert sind (Bild 3). Das Unternehmen hat eigenen Angaben zufolge in den letzten Jahren außerdem umfangreiche Tests mit seinen Materialien durchgeführt, um Kunden die verlangten Materialdaten zur Verfügung stellen zu können. Durchgeführt wurden auch Analysen über das Langzeitverhalten der Polymere. Bei Photopolymeren sind beispielsweise Aussagen zur Lichtstabilität sehr wichtig. Auch die Rückverfolgbarkeit wird zunehmend zum Thema. Essentium gewährleistet diese nun nicht mehr nur für seine Drucker und Materialien, sondern seit Kurzem auch für Filamentspulen (Bild 4).

Interessante Fortschritte bei Druckmaterialien waren im Polyetheretherketon-Bereich (PEEK) zu sehen. Der Hochleistungsthermoplast ist beliebt für Einsatzgebiete mit sehr hohen Anforderungen an das Material wie die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizintechnik. Jedoch stellt der 3D-Druck mit PEEK Anwender vor große Herausforderungen. Da die Schmelztemperatur des Polymers sehr hoch ist, in der Regel liegt diese bei über 340 °C, ist beispielsweise eine sehr hohe Drucktemperatur notwendig.

PAEK: Geringere Schmelztemperatur und langsamere Kristallisation

Verbesserungen dafür verspricht ein auf der Formnext von Solvay vorgestelltes Polyaryletherketon (PAEK). Seine Schmelztemperatur liegt dem Unternehmen zufolge deutlich niedriger als bei PEEK. Dadurch lässt es sich einfacher und bei geringerer Temperatur verarbeiten. Das Material befindet sich gerade noch in der Entwicklung (Bild 5). Es soll im Laufe des Jahres in den Markt eingeführt werden und dann den Leistungsbereich zwischen PA12 und PEEK bedienen.

Auch der Kunststoffhersteller Victrex hat ein PAEK mit geringerer Schmelztemperatur vorgestellt (Bild 6). Sie liegt bei 305 °C, anstatt bei 343 °C, wie das bei üblichen PEEK des Unternehmens für den 3D-Druck der Fall ist. Das Material soll außerdem noch ein weiteres Verarbeitungsproblem von PEEK angehen: die zu schnelle Kristallisation. Diese stellt für den bei den meisten additiven Verfahren üblichen Schichtaufbau ein Problem dar. Das liegt daran, dass die gedruckte Schicht bereits kristallisiert, bevor die nachfolgende Schicht aufgedruckt ist. Dadurch kommt es zu einer schwächeren Verbindung zwischen den Schichten und die Gefahr einer Delamination steigt. 3D-gedrucktes PEEK erreicht deshalb eine deutliche geringere Zugfestigkeit in Richtung der z-Achse, als das bei dem Polymer ansonsten der Fall ist. Das Victrex AM 200 genannten PAEK kristallisiert hingegen langsamer als übliches PEEK. Dadurch erhöht sich die Haftung zwischen den gedruckten Schichten und somit auch die Zugfestigkeit in z-Achsen-Richtung. Das Material soll dadurch auf Werte um die 70 MPa kommen.

Henkel AG & Co.KGaA  

https://www.henkel.de

Victrex Europa GmbH  

https://www.victrex.com

SOLVAY SA  

https://www.solvay.com

Essentium Headquarters  

Ausgabenartikel KU01-23

Nachtsichtkamera T-Crow: Bis auf die Komponenten der Elektronik erfolgt die Herstellung der Stative komplett additiv. 

Bild 1. Ohne Zwischenhändler: Der Kunde kann eigenständig echte, lizenzierte Ersatzteile mithilfe des 3D-Drucks herstellen.

Bild 2. Beim Freeformer 750-3X sind die drei Austragseinheiten kompakter ausgeführt als bei der Baugröße 300-3X und konnten so enger zueinander angeordnet werden.

Bild 3. Für die Medizintechnik hat Henkel spezielle 3D-druckbare Acrylharze entwickelt. Sie sind zertifiziert biokompatibel.

Bild 4. Dieser große Lüftungskanal wurde mit Materialien von Essentium für die amerikanische Airforce gedruckt. Es handelt sich dabei um den Ersatz eines Metallbauteils.

Bild 5. Mit dem von Solvay vorgestellten PAEK sollen sich Bauteile aus dem Hochleistungsthermoplast künftig bei niedrigerer Temperatur drucken lassen.

Bild 6. Das PAEK von Victrex löst ein Problem bei PEEK im 3D-Druck: die geringe Zugfestigkeit in z-Achsenrichtung. Das liegt an der geringeren Kristallisationsgeschwindigkeit des Materials.

KU 1-23_Addi_Formnext - Hauptartikel

Formnext 2022: Druckreife Serienfertigung

Die Formnext 2022 machte Frankfurt vier Tage lang zur Hauptstadt des weltweiten industriellen 3D-Drucks. Die Fachmesse traf diesmal ganz besonders den Puls der Zeit. Die zahlreichen Neuvorstellungen demonstrierten: Die additive Fertigung kann dazu beitragen, Prozesse und Produktionen zu dezentralisieren und Supply-Chains resilienter zu machen und ressourcenschonend zu produzieren. Den vollständigen Nachbericht lesen Sie unter folgendem Link: <a href="https://bit.ly/3i0KxBk" target="_blank">https://bit.ly/3i0KxBk</a>