Bereits zwei Monate vor Eröffnung der Messe hat die Formnext 2023 die Zahlen des Vorjahres nahezu erreicht. Auch inhaltlich will die Messe neue Maßstäbe setzen

Die Formnext 2023 findet 7. bis 11. November in Frankfurt am Main statt.

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Verfahren für die additive Fertigung

Filamente für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

Anlagen für die Additive Fertigung

Formnext erhöht die Schlagzahl

Die CMF-Technologie verändert die Landkarte des Metall-3D-Drucks und ebnet den Weg für eine spannende Zukunft in der Metallfertigung.

Grünteil-Impeller: Die Herstellung des Grünteils ist der erste Schritt beim CMF-Verfahren.

Kunststoff-3D-Druck als Enabler für die industrielle Fertigung von Metallbauteilen

Das Beste aus zwei Welten

Anfang November wird Frankfurt erneut zum Epizentrum des 3D-Drucks. Die Formnext-Aussteller präsentieren auch in diesem Jahr das ganze Spektrum der Branche.

Auf der Formnext 2023 präsentiert Arburg Additive auch ein breites Spektrum an additiv gefertigten Bauteilbeispielen.

Start up

Wirtschaft

Unternehmen und Unternehmer

Ehrhardt, Melanie

Die ganze Bandbreite der additiven  Fertigung

Formnext 2023: Mit wegweisenden AM-Technologien für mehr Produktivität und Nachhaltigkeit in die industrielle Zukunft

Die Formnext 2023 fand vom 7. bis 10. November 2023 in Frankfurt am Main statt.

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

„Die Entwicklung beeindruckt jedes Jahr aufs Neue“

Dank einer neuen Laserscanning-​Technik können Forschende nun auch spezielle Kunststoffe mit hervorragender Elastizität 3D-​drucken.

In einem Durchgang im 3D-​Druck hergestellt: ein Hand-​Roboter, der aus unterschiedlich festen beziehungsweise elastischen Polymeren besteht.

Technik Trend

kunststoffe.de

Roboterhände aus dem 3D-Drucker

Die Formnext 2023 zeigte eine Vielzahl an Lösungen und Weltpremieren aus dem Bereich der additiven Fertigung – ein Streifzug durch die Messehallen.

Viele Aussteller der Formnext sorgten in diesem Jahr für Überraschungen, an diversen Ständen (im Bild Stratasys) konnten Besucher und Besucherinnen live erleben, wie Weltpremieren ausgepackt wurden.

Zahlreiche Weltpremieren  und Überraschungen

Endless Industries hat eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, 3D-Drucker auf die additive Fertigung mit Endlosfasern aus Carbon umzurüsten

Das Gründerteam (v. l. n. r.): Stephan Körber, Dr. Mathias Czasny und Dr. Moritz Ebeling-Rump.

Faserverarbeitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Faserverbundwerkstoffe

„Wir haben viele Nächte im Keller verbracht“

In der additiven Fertigung sind kurze Druckzeiten ein wichtiger Erfolgsfaktor. Arburg hat dafür verschiedene Konzepte und Strategien entwickelt und ausprobiert.

Der Freeformer 750-3X in Hochtemperatur-Ausführung ist seit Herbst 2023 erhältlich. Der Bauraum lässt sich auf 200 °C temperieren.  Die Plastifizierung des Kunststoffgranulats erfolgt bei bis zu 450 °C.  

Interview mit Simon Leitl und Alexandra Klüssendorf

„Das ist eine Einsparung von  72 Prozent“

Additiv gefertigte verlorene Kerne für die Herstellung von hohlen Silikongussbauteilen wurden hinsichtlich ihres Zersetzungsverhaltens untersucht.

Bild 1. Unterschiedliche Viskositäten im aufgeschmolzenen Zustand (links: Paraffinwachs, rechts: Polycaprolacton).

Hohle Silikongussbauteile herstellen – aber wie?

Silikone

Kunststoff Werkstoffe

Additiv gefertigte verlorene Kerne

Mit dem neuen Awardkonzept hat die Formnext erstmals Talente und Ideen aus der Welt des Additive Manufacturing in sechs verschiedenen Kategorien ausgezeichnet.

Messe formnext

form-werkzeug.de

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

Formnext Awards 2024: Das sind die Gewinner

Vom 19. bis 22. November 2024 fand in Frankfurt die Formnext 2024 statt. Mit zahlreichen Weltpremieren und Innovationen setzte die Fachmesse Impulse für die künftige Weiterentwicklung der Branche.

Formnext – neue Wege für die additive Fertigung

Die 3D Pioneers Challenge feiert 2025 ihr 10-jähriges Bestehen. Alle bisherigen Finalisten können ihre aktuellen Projekte einreichen, um zum „Pioneer of the Decade“ gekürt zu werden.

Die 3D Pioneers Challenge feiert 2025 ihr 10-jähriges Bestehen. Highlights sind die Auszeichnung „Pioneer of the Decade“ sowie ein Jubiläumsbuch.

Messe Rapid.Tech 3D

10 Jahre 3D Pioneers Challenge: Startschuss zur Jubiläumsausgabe

Im Interview mit Kunststoffe erklärt Mohamad Janbain von EnvisionTec, warum sich der Markt konsolidiert und wo es trotzdem noch Innovationspotenzial gibt.

Die additive Fertigung galt lange Zeit als Wegbereiter für die Transformation ganzer Industrien. Doch wie viel von dieser Vision ist Realität geworden? 

Perzl, Antonia

Vom Hype zur Marktkonsolidierung?

Die Keynotes von MTU, BWT Alpine Formula One, Roland Berger und Turkish Aerospace eröffnen die Kongresstage der 21. Rapid.tech 3D und beleuchten die Schubkräfte von AM.

Impressionen der Keynote des Vorjahres-Sprechers Dr. Radu Donose von ASML.

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Rapid.tech 3D 2025: Das sind die Keynote-Themen

Forschende haben das energieautarke Fassadensystem Solar Gate entwickelt, das sich selbstständig an das Wetter anpasst. Als Vorbild dienten die Schuppen von Kiefernzapfen.

Das adaptive, selbstanpassende Verschattungssystem „Solar Gate“ unterstützt die Klimaregulierung von Gebäuden.

Das Verschattungssystem Solar Gate nutzt ein hygromorphes Zellulose-Compound und 4D-Druck, um sich ohne Energiezufuhr an Wetterbedingungen anzupassen.

Energieautarkes Fassadensystem imitiert Kiefernzapfen

Additive Fertigung mit Formgedächtnispolymeren

Formgedächtnispolymere kommen unter anderem in der Möbelindustrie und Medizintechnik zum Einsatz. Gerade für letztere bietet sich auch die Verarbeitung mithilfe additiver Verfahren an. Wobei sich die  Frage stellt, ob die Materialien dadurch womöglich ihren Memory-Effekt verlieren. Das Unternehmen  Impetus hat genau das untersucht.

Das Unternehmen Impetus untersuchte, ob bei der additiven Fertigung mit Formgedächtnispolymeren deren Memory-Effekt verloren geht.

Formgedächtnispolymere zählen zur Gruppe der „intelligenten Materialien“ und werden immer wieder auch als 4D-Material beschrieben. [1] Wie der Name bereits ausdrückt besitzen die Materialien einen Effekt, sich an erzeugte Formen zu erinnern und sich durch einen äußeren Stimulus wieder in diese zur verwandeln. Konkret bedeutet dies, dass Bauteile zunächst mithilfe formgebender Fertigungsverfahren wie Spritzguss in ihre permanente beziehungsweise dauerhafte Form gebracht werden.

Anschließend werden die Bauteile nach der Erwärmung oberhalb der Glasübergangstemperatur in ihre temporäre Form umgewandelt und dort nach einer gewissen Zeit auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur abgekühlt. Die Bauteile behalten dann ihre temporäre Form. Eine Änderung der temporären in die permanente Form kann durch eine erneute Temperaturerhöhung auf oberhalb der Glasübergangstemperatur erreicht werden. Dieser Prozess ist reversibel und kann je nach Belastung und Werkstoff häufig wiederholt werden [2].

Formgedächtnispolymere bestehen aus zwei unterschiedlichen Monomeren und besitzen somit zwei unterschiedliche Glasübergangstemperaturen. Dies befähigt die Materialien auf Molekülkettenebene, dass das Monomer mit der höheren Glasübergangstemperatur (Thigh) für die permanenten Knotenpunkte und das mit der geringeren Glasübergangstemperatur (Tlow) für die „Schaltknoten“ verantwortlich ist. Befindet sich die Temperatur unterhalb Tlow werden die Schalter aktiviert und das Material erhärtet in seiner temporären Form. Erwärmt sich dieses wieder über Tlow werden die Schalter deaktiviert und es nimmt die permanente Form ein [2].

Einsatzgebiete von  Formgedächtnispolymeren

Die Anwendungsgebiete der eingesetzten Materialien sind vielfältig und wachsen durch die stetige Forschung immer weiter. Um Autolackierungen vor Steinschlägen oder kleinen Rissen zu schützen werden Formgedächtnispolymere in die Matrix der Lackierung eingebracht, so können sich kleine Risse von selbst wieder verschließen.

Weitere Anwendungsgebiete stellen die Raumfahrt und Möbelindustrie dar. Hier sind aufgrund der beschränkten Platzmöglichkeiten in einem Raumschiff beziehungsweise einem Möbeltransporter etwaige Produkte zunächst in eine kleinere Form gefaltet und transformieren sich erst am dafür vorgesehenen Ort in die endgültige Größe beziehungsweise Form.

Ein sehr spannendes Anwendungsgebiet stellt auch die Medizin dar. Dort werden selbstschließende Wundnähte, welche bei 20 °C nur eine geringe Spannung auf die Wundstelle bringen, aber bei einer Körpertemperatur von 37 °C die notwendigen Kräfte zum Zusammenhalten der offenen Wundbereiche generieren, eingesetzt. Ein weiterer Forschungsansatz ist der Einsatz im Bereich von Stents, dort werden aktuell in breiter Masse Formgedächtnismetalle eingesetzt.

Formgedächtnispolymere in  Stückzahl Eins

Immer wenn die Anwendung von Kunststoffen in der Medizin diskutiert wird, spielt die Stückzahl und somit das Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle. Während bei Metallen häufig durch subtraktive Verfahren wie Fräsen oder Drehen das Produkt hergestellt wird, werden bei Kunststoffen häufig große Stückzahlen durch das Spritzguss- oder Extrusionsverfahren hergestellt.

Durch die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren eine ernstzunehmende Alternative für kleine Stückzahlen etabliert. Dort kann in verschiedenen Fertigungsverfahren, ebenfalls unter Reinraumbedingungen, ein Medizinprodukt hergestellt werden.

Im Rahmen dieses Berichtes werden die Eigenschaften von spritzgegossenen und additiv gefertigten Bauteilen aus Formgedächtnispolymeren verglichen. Hintergrund dabei ist die Untersuchung, ob durch die Fertigung im Fused-Layer-Modelling-Verfahren (FLM-Verfahren) mit einem Düsendurchmesser von 0,4 mm das Formgedächtnispolymer in Filamentform eine Schädigung erfährt und dadurch der Formgedächtniseffekt verloren geht.

Die Probekörper im Spritzgießverfahren werden analog den Werten des Herstellerdatenblattes auf einer Spritzgießmaschine (Typ: Allrounder 270 A, Hersteller: Arburg) produziert. Als Probekörper werden Zugprüfkörper nach DIN EN ISO 527 Typ 1A hergestellt. Im FLM-Verfahren mit Filament lassen sich nur Materialien mit einer Shore-Härte > Shore 70A verarbeiten, da die Filamente sonst durch den Vorschub knicken und zu einem unsauberen Druckbild führen [3].

Da es sich bei den beiden untersuchen Materialien Engage 8407 und Engage 8137 um Materialien mit einer relativ weichen Shorehärte handelt (Engage 8407: Shore 72A, Engage 8137: Shore 63A), werden diese auf einer eigens bei Impetus entwickelten Fused-Granular-Fabrication-Forschungsanlage verarbeitet. Der Vorteil hierbei ist, dass das Material direkt in Granulatform verarbeitbar ist und nicht in Filamentform vorliegen muss.

Prozessbeschreibung des  Formgedächtnisverhaltens

Zur Untersuchung des Rückstellungsverhaltens wird der Versuchsablauf mithilfe einer Universalprüfmaschine mit Temperierkammer (Typ: Allround-Line 20kN, Hersteller: Zwick-Roell) durchgeführt. Der Versuchsablauf ist in Bild 1 in einer Bildfolge zu sehen. Dabei wird zunächst die Probe bei 23 °C eingespannt und anschließend auf 50 °C erhitzt (oberhalb der Glasübergangstemperatur), auf 200 % der Ausgangslänge gereckt und gehalten.

Daraufhin wird die Temperatur auf 0 °C reduziert und dort für eine definierte Dauer gehalten. Im Anschluss daran wird die untere Backe geöffnet, sodass eine freie Bewegung des Zugprüfkörpers stattfinden kann. Danach erfolgt in 10 °C-Schritten eine Erwärmung des Zugprüfkörpers, welcher sich nahezu wieder in seinen Ausgangszustand zurückverformt. [4] Die Rückstellung wird dabei relativ zur Ausgangslänge gemessen.

Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, den Einfluss auf die Formgedächtniseigenschaften durch die additive Fertigung im Vergleich zum Spritzgießen zu erarbeiten. Anhand der Versuchsreihen durch die beiden Materialien konnte widerlegt werden, dass eine Schädigung des Materials durch die additive Fertigung auftritt beziehungsweise der Formgedächtniseffekt dadurch verloren geht. Dies zeigt sich beispielhaft an Bild 2, in dem die gemessene Rückstellung in einem Kurvenverlauf zu sehen ist. Die Proben sind dabei mit zwei zuvor aufgeklebten Markern versehen, um den Abstand nach jeweiliger Erwärmung auf die Temperatur zu messen.

Eine Rückstellung auf 100 % kann mit beiden Herstellungsverfahren nicht komplett gewährleistet werden. Es ist allerdings bei beiden Verfahren ein nahezu identischer Kurvenverlauf zu sehen, was darauf hinweist, dass es durch das additive Verfahren zur keiner Materialschädigung beziehungsweise Molekülkettenveränderung kommt. [4] Die Versuche für das zweite Material bestätigen die Erkenntnisse aus diesem Versuch. Als nächstes erfolgt die Untersuchung der Rückstellung in die entgegengesetzte Richtung. Dazu werden die Zugprüfkörper gestaucht und nach analogem Prinzip wie oben beschrieben zunächst nach dem Aufheizen und Verformen unterhalb der Glasübergangstemperatur in temporärer Form eingefroren und dann durch Aufheizen in die permanente Form zurück verwandelt (Bild 3).

Aufgrund der positiven Erkenntnisse in Hinblick auf die additive Fertigung von Formgedächtnispolymeren ergibt sich sowohl für technische Bauteile als auch für medizinische Anwendungen eine Vielzahl neuer Einsatzgebiete. So wäre es denkbar, in Zukunft patientenindividuelle Stents aus Formgedächtnispolymeren in der additiven Fertigung herzustellen.

Ausgabenartikel KU11-23

Bild 1. Rückstellung eines Zugprüfkörpers des Materials Engage 8407: Dabei zeigt sich zunächst das Recken der Probekörper und eine anschließende Veränderung hin zur ursprünglichen Geometrie.

Bild 2. Rückstellverhalten von additiv gefertigten und spritzgegossenen Probekörpern des Materials Engage 8137 im Vergleich.

Bild 3. Rückstellung eines gestauchten Zugprüfkörpers des Materials Engage 8407.

Impetus - Hauptartikel

3D-Druck: Memory-Effekt auf dem Prüfstand 

Daniel Michael Berger, M. Sc., ist seit 2017 als Projektleiter bei der Firma Impetus Plastics in Bad Aibling und seit 2020 als Promovierender an der Ruhr-Universität Bochum am Lehrstuhl Hybrid Additive Manufacturing (HAM) tätig; <a href="mailto:d.berger@impetus-engineering.de.">d.berger@impetus-engineering.de</a>

Prof. Dr.-Ing. Jan T. Sehrt ist Universitätsprofessor und Leiter des Lehrstuhls Hybrid Additive Manufacturing (HAM) an der Ruhr-Universität in Bochum.

Prof. Dr-Ing. Thomas Brinkmann ist Geschäftsführer der Firma Impetus Plastics und Professor an der Technischen Hochschule in Rosenheim.

Im Rahmen der wissenschaftlichen Veröffentlichung „Eigenschaftsvergleich von spritzgegossenen und additiv gefertigten Formgedächtnispolymeren“ im RTe-Journal werden die Versuchsergebnisse noch einmal detaillierter dargestellt.

<a href="https://rtejournal.de/wp-content/uploads/Eigenschaftsvergleich_von_spritzgegossenen_und_additiv_gefertigten_Formgedaechtnispolymeren.pdf">https://rtejournal.de/document/2023_3</a>

Impetus Plastics Engineering ist eine hochspezialisierte Ingenieurgesellschaft in der Entwicklung von Gesamtgeräten. Die Prozesskette beginnt dabei bereits mit ersten Ideen auf dem weißen Blatt Papier, gefolgt von einer strukturierten Auswahl von Konzepten und einer konsequenten Umsetzung durch Konstruktion und Simulation bis hin zum fertigen Serienprodukt. Dabei werden je nach Branche auch die Themen Qualifizierung, Validierung und Verifizierung ganzheitlich betrachtet. Im Rahmen von Forschungsprojekten beschäftigt sich IMPETUS ebenfalls mit der Entwicklung von gänzlich neuen Ansätzen. Hierbei wird unter anderem das Verbundforschungsprojekt „3D-Stent“ gemeinsam mit dem Universitätsklinikum in Würzburg bearbeitet.

<a href="https://www.impetus-engineering.de" target="_blank">www.impetus-engineering.de</a>