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23.08.2019

3D-Druck auf der Überholspur

Additive und subtraktive Herstellung großvolumiger Kunststoffbauteile

  • Das SEAM-Verfahren überwindet die bisherigen Grenzen der additiven Fertigung. So benötigt die Herstellung eines 30 cm hohen Bauteils lediglich 18 Minuten (© Fraunhofer IWU)

    Das SEAM-Verfahren überwindet die bisherigen Grenzen der additiven Fertigung. So benötigt die Herstellung eines 30 cm hohen Bauteils lediglich 18 Minuten (© Fraunhofer IWU)

  • Dieses Versuchsbauteil ist ein Hybrid aus einem CFK-Organoblech und 3D-gedruckten Strukturen – mit SEAM ist es erstmals möglich, auf Spritzgießkomponenten oder Verbundelemente aufzudrucken (© Fraunhofer IWU)

    Dieses Versuchsbauteil ist ein Hybrid aus einem CFK-Organoblech und 3D-gedruckten Strukturen – mit SEAM ist es erstmals möglich, auf Spritzgießkomponenten oder Verbundelemente aufzudrucken (© Fraunhofer IWU)

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Neue Perspektiven für die additive Fertigung eröffnet das gemeinsam von der Metrom GmbH, Hartmannsdorf, und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz entwickelte SEAM-Verfahren (Screw Extrusion Additiv Manufacturing).

Dabei wird Kunststoffgranulat in einer modifizierten Extrusionsschnecke aufgeschmolzen und durch eine Düse auf eine um fünf Achsen beweglich gelagerte Bauplattform aufgebracht. Während die Plastifiziereinheit in die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine eingespannt ist, wird die Bauplattform von einer Pentapod-5-Achs-Parallelkinematik von Metrom angetrieben. Diese zeichnet sich durch eine hohe Dynamik, geringe bewegte Masse und damit hohe Positionier- und Bahngenauigkeit aus. Auf diese Weise sind Prozessgeschwindigkeiten bis 900 mm/s und Beschleunigungen bis 10 m/s² möglich.

Bis zu 100-mal höhere Austragsleistung

Bisher weist die additive Fertigung von Prototypen und Kleinserien oft Nachteile auf: Die Druckgeschwindigkeiten sind niedrig, die eingesetzten Filamente teuer und die notwendige Nachbearbeitung aufwendig. Demgegenüber ist die Prozessgeschwindigkeit des SEAM-Verfahrens laut Metrom-Vertriebsleiter Marcus Witt im Vergleich zu aktuellen FDM/FLM-Verfahren bis zu zehnmal und die Austragsleistung pro Stunde bis zu 100-mal höher.

Aufgrund der großen Freiheitsgrade durch die 5-Achs-Parallelkinematik lassen sich auch komplexe Geometrien wie Überhänge von bis zu 65° mit hoher Genauigkeit und ohne zusätzliche Stützstrukturen fertigen. Mit dem neuen System gelingt es sogar, die Oberfläche bereits bestehender Spritzgussteile zu bedrucken. Weitere Anwendungsfelder ergeben sich, so Witt, dadurch, dass man die Bauteile auch lastpfadgerecht herstellen kann.

Pro Stunde werden bis zu 7 kg Kunststoff durch die heiße Düse mit dem Durchmesser von 1 mm gedrückt. Anstelle weniger Filamente kann mit dem Verfahren eine Vielzahl an thermoplastischen, auch faserverstärkten Kunststoffen verarbeitet werden. Dabei reduziert der Einsatz von Standardgranulat die Kosten enorm. Auch aus Abfall gewonnenes Rezyklat lasse sich problemlos verarbeiten, so Witt.

Weiterer Pluspunkt des neuen Systems: In dem Hochgeschwindigkeitsprozess lassen sich additive und subtraktive Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbauteilen miteinander verbinden. Die Kombination des 3D-Druckprozesses mit einer nachfolgenden Oberflächenbearbeitung (z.B. Fräsen) in einer Aufspannung eröffnet zahlreiche Optionen auch für sehr komplexe Bauteile. (cd)

Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Werkzeugtechnik und Umformtechnik IWU

Reichenhainer Str. 88
DE 09126 Chemnitz
Tel.: 0371 5397-0
Fax: 0371 5397-1414

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