Der 3D-Druck ist ein stark wachsender Markt, der völlig neue Produkt- und Fertigungsansätze eröffnet. Das neu entwickelte SEAM-Verfahren erweitert die Möglichkeiten zur effizienten Herstellung gedruckter Bauteile noch einmal deutlich.

Additive High-Speed-Fertigung von Kunststoffbauteilen aus Standardgranulat

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Additive Fertigung

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

Additive Fertigung

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Ultraschneller 3D-Druck

Additive Fertigungsverfahren werden zunehmend zur Herstellung von Endprodukten eingesetzt. Ein Forschungsvorhaben betrachtet die Auslegung der mechanischen Eigenschaften und validiert die Erkenntnisse anhand industriell gefertigter Teile.

Mechanisches Verhalten additiv gefertigter Bauteile unter Kurz- und Langzeitbeanspruchung

Werkstoffprüfung, mechanisch

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Bruchmechanische Prüfung

Werkstofftechnische Prüfungen

Gefertigt für die Ewigkeit?

Die Rapid.Tech 3D bringt die Akteure des Additive Manufacturing vom 4. bis 6. Mai 2021 wieder in Erfurt zusammen. Neu ist ein Mix aus Live- und Digital-Event. Erste Aussteller sind bereits angemeldet.

Verfahren für die additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

PVC-Additive

Werkstoffe für additive Verfahren

CAM für die additive Fertigung

Software

Filamente für additive Verfahren

Rapid.Tech 3D 2021: Live und digital

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

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Optische 3D-Messsysteme

Optische Mess- und Prüftechnik

Messeveranstalter

3D-Druck-Anlage, pulverbettbasiert, Metall

2D/3D-Messtechnik

Geometrische Messtechnik

3D-Druck-Anlage, strahlbasiert, Metall

2D/3D-Koordinatenmessgeräte

Gewinner der Formnext Start-up Challenge 2020

Nachhaltigkeit heißt der rote Faden, der sich vom 4. bis 6. Mai 2021 durch alle Foren der Kongressmesse Rapid.Tech 3D ziehen wird. Der Kongress findet erstmals auch digital statt, die Ausstellung ist als Präsenzveranstaltung geplant.

Fachkongress und Messe 2021

Messe Rapid.Tech 3D

form-werkzeug.de

Rapid.Tech 3D: Leitidee Nachhaltigkeit

Der 3D-Druck kann helfen, die Ausbreitung des Coronavirus zu verringern. Materialise hat einen 3D-gedruckten Aufsatz konstruiert, der es ermöglicht, beim Öffnen und Schließen von Türen direkten Hautkontakt mit dem Griff zu vermeiden.

Aufsatz für Türgriffe verhindert Hautkontakt

3D-Druck unterstützt im Kampf gegen Corona

Die Tagung Additive Fertigung – fokus: kunststoff steht im von 10. – 11. Februar 2021 als bewährter Branchentreff gleichermaßen für Aktualität wie für intensiven Austausch zwischen Experten, Forschung und Praktikern.

Weiterbildung, allgemeine

Seminare, Schulungen, Kongresse

Additive Fertigung – fokus: kunststoff 2021

Die Landesagentur Leichtbau BW zeichnet mit dem ThinKing Award die innovativsten Leichtbaulösungen aus Baden-Württemberg des Jahres 2020 aus.

Kunststoffverarbeitung allgemein

Kunststoffverarbeitung

Leichtbau

ThinKing Award 2020 für innovative Leichtbaulösungen

Der Hype, den der 3D-Druck in den letzten Jahren entfacht hat, hat viele, teils jedoch überzogene Erwartungen geweckt, die nicht immer erfüllt werden konnten. Zwischenzeitlich ist Ernüchterung bei den Anwendern eingekehrt.

3D-Druckverfahren zwischen überzogenen Erwartungen und Etablierung

Aktueller Hype oder  echte Zukunftstechnologie?

In der Kategorie Gesundheit wird die Kumovis GmbH aus München für die Entwicklung eines 3D-Druckers als herausragende Geschäftsmodell-Innovation ausgezeichnet.

Innovation Leben Award für Kumovis

Der neue Inkjet-3D-Drucker Mimaki 3DUJ-2207 wartet mit hoher Auflösung in einem eleganten, kompakten Design auf und ist weltweit der erste Vollfarb-3D-Drucker mit mehr als 10 Millionen Farben.

Mimaki: Skalierbare Lösung für Einstieg in den 3D-Druck

Lohnfertigung

Kompakter Inkjet-3D-Farbdrucker mit UV-Härtung

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.

Neuer Termin ist der 22. bis 23. Juni 2021

Rapid.Tech 3D 2021 auf Juni verschoben

Mit der 3D Automatic Unpacking Station für 3D-gedruckte Bauteile stellen HP und Rösler das erste gemeinsam entwickelte Produkt aus der vor rund einem Jahr geschlossenen Kooperation vor.

3D Automatic Unpacking Station für die HP Jet Fusion 5200 Serie

Industrietaugliche Post-Processing-Lösung

Ein neuartiger Extruder fördert bei der additiven Fertigung nach dem Strangablegeverfahren das Filament durch eine sich drehende Extruderschnecke, ohne es zu zerkleinern, wodurch sich Aufschmelzleistung, Bauteilgröße und Druckgeschwindigkeit erhöhen.

Extruder dank Filamentverarbeitung geeignet für die roboterbasierte additive Fertigung

Faser- und Filamentextrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Extrusion

Extruder

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Extrusionsanlagen

Extruder-Folgeeinrichtungen

Filamentextruder zum 3D-Drucken

Wenn dieses Jahr zum achten Mal eine Persönlichkeit der Kunststoffbranche mit dem Dr.-Richard-Escales-Preis ausgezeichnet wird, gibt es eine Premiere: Der Preisträger erhält die Replika eines Kunstwerks als 3D-Druck.

Von der Idee zum Ebenbild eines Kunststoff-Kunstwerks als Ehrenpreis

Bildverarbeitungs-Software

Fertigungsautomation

Bildverarbeitung

Preiswürdige 3D-Wiedergeburt

Gedruckte Hilfsmittel für  die Serienfertigung

Durch additive Fertigung entstehen bei Ford Schablonen oder Lehren für die Fahrzeugproduktion

Ford setzt bei der Herstellung diverser Montagewerkzeuge auf Desktop-3D-Drucker und kann dadurch die Schablonen mit teilweise komplexem Design sehr günstig und schnell vor Ort produzieren.

Ford setzt bei der Herstellung diverser Montagewerkzeuge auf Desktop-3D-Drucker und kann dadurch die Schablonen mit teilweise komplexem Design sehr günstig und schnell vor Ort produzieren. Da die Drucker von Ultimaker nicht materialgebunden sind, kann der Automobilhersteller die Druckerzeugnisse durch unterschiedliche Filamente diverser Werkstoffhersteller exakt auf die jeweiligen Anforderungen abstimmen.

Die Automobilindustrie war eine der ersten Branchen, die die Vorteile des 3D-Drucks erkannt hat. Die fortschrittliche Technologie hat die Entwicklungs-, Design-, Fertigungs- und Vertriebsprozesse der Autobauer in den letzten zehn Jahren bedeutend verändert. Die Folge sind leichtere Produkte, neuartige Designs sowie in vielen Fällen auch geringere Kosten und kürzere Entwicklungs- und Herstellungsprozesse. Eine Studie von Allied Market Research [1] von November 2017 belegt, dass 3D-Druck den Wert bestehender Produkte und die Funktionalität in jeglicher Hinsicht erhöht und somit in der Automobilindustrie nicht mehr wegzudenken ist. Die Entwicklung individueller Werkzeuge für eine effizientere Fertigung gehört heute zu einer der erfolgreichsten neuen Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks in der Automobilindustrie.

Ingenieure und Produktionsmitarbeiter benötigen während der Entwicklung und Herstellung der Automodelle zahlreiche passgenaue Fertigungshilfsmittel, die jeweils für eine bestimmte Aufgabe bei einem Fahrzeugmodell konzipiert sind. Allein für die Serienfertigung des Volumenmodells Ford Focus sind mehr als 50 verschiedene Schablonen und Lehren erforderlich.

Die Erstellung und Beschaffung konventionell gefertigter Hilfsmittel über externe Auftragsfertiger nimmt viel Zeit in Anspruch, ist kostenintensiv und verlangsamt den Entstehungsprozess. Um den Workflow zu optimieren, entschied sich das Additive-Manufacturing-Team der Ford-Werke GmbH in Köln dafür, Fused-Deposition-Modeling-Desktop-Drucker (FDM) des Herstellers Ultimaker B.V., Geldermalsen/Niederlande, in den Arbeitsablauf zu integrieren. Die Werkzeuge mit ihrem teilweise ziemlich komplexen Design können dadurch kostengünstig, schnell und direkt vor Ort produziert werden.

Dass die Wahl von Ford auf die 3D-Drucker von Ultimaker gefallen ist, verdanken die Niederländer auch dem materialoffenen System, mit dem sich Bauteile aus Filamenten verschiedenster Hersteller fertigen lassen. Dadurch können die gedruckten Fertigungswerkzeuge mittels Filamenten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften individuell auf die jeweilige Anwendung angepasst werden, ohne dass eine Abhängigkeit von einzelnen Filamentherstellern entsteht. „Das offene Filamente-System erlaubt es uns, industrielle Werkstoffe einzusetzen, um noch strapazierfähigere Werkzeuge und Vorrichtungen für unsere Serienfertigung herzustellen“, erklärt Lars Bognar, Research Engineer Additive Manufacturing der Ford-Werke GmbH in Köln.

Die Fertigungs- und Montagehilfsmittel werden in der Pilot Plant von Ford in Köln zentral entwickelt. Hergestellt bzw. gedruckt werden die Werkzeuge anschließend dezentral in allen europäischen Werken. In Köln verfügt Ford über eine komplette Kleinserienfertigung für additiv gefertigte Fertigungshilfsmittel, in denen die Lehren und Schablonen für neue Fahrzeugdesigns bis zur Serienreife entwickelt werden können. Im Vergleich zu den konventionell gefertigten Hilfsmitteln aus Metall sind die additiv gefertigten Werkzeuge aus Kunststoff wesentlich leichter und widerstandsfähiger.

Verschiedene Filamente für ein Montagewerkzeug

 Der Einsatz von FDM-Druckern bei der Fertigung von Produktionsmitteln, Werkzeugen und Montagehilfen hat disruptives Potenzial und könnte einen Paradigmenwechsel herbeiführen. Speziell bei den Montagewerkzeugen ist das Anwendungsspektrum nicht nur sehr mannigfaltig, sondern auch besonders umfangreich. Die Vielzahl an verfügbaren Filamenten und die Bandbreite an Materialeigenschaften ermöglichen für jede Anwendung eine maßgeschneiderte Lösung: Festigkeit, Elastizität, Temperatur- und Medienbeständigkeit, Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit – je nach Anforderungsprofil können auch einzelne Bereiche eines Fertigungshilfsmittels mit anderen Eigenschaften dargestellt werden. Wichtig dabei ist allerdings, dass ein Material in ausreichender Qualität und ohne Verlust der Materialeigenschaften gedruckt werden kann.

Bei Ford kommen verschiedene Filamente und Werkstoffe bei der Herstellung der Produktionswerkzeuge wie Lehren, Halterungen oder Schablonen zum Einsatz. Dabei haben die eingesetzten Polymere spezifische Eigenschaften, die an bestimmten Stellen im Hilfsmittel Vorteile bieten oder die Anforderungen schwieriger Einsatzzwecke erfüllen:

<ul><li> Thermoplastisches Polyurethan (TPU) wird bei Montagewerkzeugen eingesetzt, die an der Oberfläche des Fahrzeugs angelegt werden. Das elastische und flexible Material vermeidet Schäden an bereits lackierten Karosserien und kommt auch bei additiv gefertigten Schutzabdeckungen zum Einsatz. Darüber hinaus ist TPU besonders haltbar und eignet sich für Bauteile, die extremen Belastungen ausgesetzt sind oder sich schnell abnutzen. Das Material lässt sich einfach verarbeiten. Ein beheizter Bauraum ist nicht notwendig, und das Schrumpf- und Verzugsverhalten ist minimal.</li><li> PLA (Polylactic Acid) ist ein Standard-Filament, da es unkompliziert bei der Verarbeitung und vielseitig einsetzbar ist. PLA ist spröde und verliert ab ca. 60 °C an Festigkeit, weshalb es vorrangig für Modelle oder Prototypen verwendet wird. Ford nutzt ein technisches PLA-Filament (Typ: Tough PLA; Hersteller: Ultimaker B.V.), das in puncto Robustheit mit ABS vergleichbar, aber leichter in der Handhabung ist und sich daher sehr gut für den Druck technischer Modelle mit größeren Ausmaßen eignet.</li><li>ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) kann als Filament für das FDM-Verfahren universell eingesetzt werden. Es ist flexibler als PLA, zeichnet sich aber durch bessere Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit aus. Die Drucktemperatur für ABS liegt zwischen 210 °C und 250 °C. Daher besteht die Gefahr, dass sich das Bauteil beim Abkühlen verzieht. ABS eignet sich jedoch hervorragend für Werkzeuggriffe oder Applikationen, bei denen Belastbarkeit und Beständigkeit gefordert sind.</li><li>Filamente aus Polyamid (PA) überzeugen durch hohe Widerstandsfähigkeit, Festigkeit, Flexibilität, geringe Reibung und hohe Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund der sehr guten mechanischen Eigenschaften eignet sich Nylon ideal für 3D-gedruckte Werkzeuge, funktionale Prototypen und technische Bauteile. Die Werke von Ford in Europa nutzen verschiedene PA-Filamente bekannter Werkstofflieferanten der Automobilindustrie, z. B. von DSM N.V., Heerlen/Niederlande, der Clariant AG, Muttenz/Schweiz, oder der BASF S.E., Ludwigshafen.</li></ul>

Neben den Materialeigenschaften können die Filamente auch verschiedene Farben haben, um ganze Werkzeuge oder einzelne Bereiche der Lehren und Schablonen zu markieren. Unterschiedliche Farben kennzeichnen die Werkzeuge, wenn mehrere Fahrzeugvarianten auf einer Fertigungsstraße produziert werden. Anhand von Kennfarben lassen sich die Hilfsmittel Modelltypen, Sondereditionen bzw. einer Fahrzeugseite oder einem Fahrzeugbereich zuordnen. Werden beispielsweise auf einer Montagelinie gleichzeitig 5- und 3-türige Fahrzeuge produziert, können die Fertigungshilfsmittel für die eine Fahrzeugvariante in Rot, die Lehren für die andere in Blau gefertigt werden. Diese kleinen Maßnahmen tragen erheblich zu einem fehlerfreien Ablauf und zu einer Effizienzsteigerung in der Fertigung bei.

Hohe Druckqualität durch  Abstimmung mit den Werkstoffen

Für die Materiallieferanten sind Filamente für den 3D-Druck mit dem FDM-Verfahren ein neuer lukrativer Markt. Sie haben großes Interesse daran, die langjährigen Beziehungen mit der Automobilindustrie aus dem Spritzgießbereich weiter auszubauen. Um der wachsenden Nachfrage der Abnehmerbranche gerecht werden zu können, kooperieren aktuell etwa 80 verschiedene Werkstoffproduzenten mit Ultimaker, wie DSM, BASF, DuPont, Owens Corning, Mitsubishi, Henkel, Kuraray, Solvay oder Clariant, um industrietaugliche Filamente auf den Markt zu bringen. Für einen unterbrechungsfreien Druck und hochwertige Bauteile ist eine optimale Abstimmung zwischen Hardware, Software und Material entscheidend. Die Kunststofffilamente verhalten sich bei der Verarbeitung unterschiedlich. Kriterien wie Geometrie, Schichtstärke oder Masse des aufgetragenen Materials beeinflussen den Druckvorgang erheblich und müssen über die Software und die mechanischen Druckerkomponenten präzise gesteuert werden.

Wie Ford können auch alle anderen Kunden von der Zusammenarbeit zwischen Ultimaker und den Werkstoffherstellern profitieren. Wählt der Kunde für eine Anwendung ein Material, dessen Verarbeitungsprofil noch nicht von Ultimaker erfasst und zum Download im Ultimaker Cura Marketplace zur Verfügung steht, wendet er sich an den Werkstofflieferanten. Dieser erstellt zusammen mit Ultimaker die notwendigen Materialprofile für die Verarbeitung mit den Druckern von Ultimaker. Die Profile werden für die Slicing-Software Ultimaker Cura vorkonfiguriert und stehen anschließend zum Download zur Verfügung. Die manuelle Eingabe von Druckparametern entfällt damit für den Kunden, und durch das offene Filamentsystem entsteht ein immer breiteres Portfolio an technischen Kunststoffen und Verbundwerkstoffen für die 3D-Drucker von Ultimaker. Beim Anwendungsbeispiel von Ford kamen einerseits originale Materialprofile der Hersteller und von Ultimaker zum Einsatz, andererseits mussten die Entwickler bei Ford viele Profile selbst erstellen oder anfragen, um das gewünschte Ergebnis erzielen zu können.

Die Vorteile des Desktop-3D-Drucks liegen auf der Hand: vergleichsweise geringe Produktionskosten angesichts kleiner Stückmengen, schnellere Verfügbarkeit im ungeplanten Bedarfsfall und ca. 70 % weniger Gewicht als die konventionell gefertigten, teilweise metallischen Werkzeuge. Verglichen mit den Kosten für Werkzeuge von externen Partnern werden bei den gedruckten Montagehilfen ca. 1000 EUR pro Schablone oder Lehre eingespart. Anstatt nach durchschnittlich zehn Wochen bei externer Vergabe für das Design und die Herstellung stehen jetzt selbst komplexe Montagevorrichtungen spätestens nach zehn Tagen zur Verfügung.

Ford setzt Desktop-3D-Drucker in allen europäischen Werken ein. Das Entwicklungsteam in Köln stellt das Design der Fertigungs- und Montagehilfsmittel für alle Produktionsstandorte zur Verfügung, wo diese innerhalb von 24 Stunden direkt gedruckt werden können. Neben Montagehilfen druckt Ford auch Schutzvorrichtungen, Abdeckungen oder Platzhalter für fehlende Kleinteile im Prototypenbau. Fast täglich ergeben sich neue Anwendungen für Betriebsmittel oder Verbrauchsgegenstände mit geringen Stückzahlen, sodass Ford aktuell prüft, in welchen anderen Anwendungsfeldern der Einsatz von FDM-Desktop-Druckern wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist.

[1] <a href="https://www.alliedmarketresearch.com/automotive-3d-printing-market
" target="_blank">Studie von Allied Market Research</a>

Ultimaker B.V.  

www.ultimaker.com

Ausgabe-2019-06

Zur präzisen Platzierung von Emblemen oder Beschriftungen setzt Ford auch in der Serienfertigung auf additiv gefertigte Schablonen und Lehren

16:9

Bild 1. Die FDM-Desktop-Drucker von Ultimaker ermöglichen eine schnelle Herstellung der Fertigungshilfsmittel im eigenen Haus

Bild 2. Die additiv gefertigten Lehren und Schablonen sind wesentlich leichter und günstiger als konventionell gefertigte Werkzeuge

Bild 3. Die Cura-Software von Ultimaker unterstützt die Ingenieure bei Ford bei der Auswahl des passenden Materials für die Fertigungshilfsmittel

UF - Hauptartikel

Paul Heiden ist seit Januar 2017 Senior Vice President Product Management bei Ultimaker B.V. und für die Produktentwicklung, Strategie und das Ultimaker-Material-Alliance-Programm verantwortlich.

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