Der Anlagenhersteller Formlabs und der Technikentwickler AMPro 3D erhalten Verstärkung bei Fragen der Oberflächengestaltung durch die Biconex GmbH - etwa 150 Interessenten aus der Industrie informieren sich über 3D-Druck und die Anforderungen an die Oberflächengestaltung beim Online-Seminar von Formlabs und AMPro 3D.
Fachkompetenz beim Online-Seminar zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit mit Hilfe der additiven Fertigung und Oberflächenbehandlung(Bild: Formlabs/AMPro 3D)
Die Herstellung von Bauteilen durch additive Verfahren, auch als 3D-Druck bezeichnet, hat in zahlreichen Branchen in mehr oder weniger breitem Umfang Einzug gehalten. Hierbei stellen insbesondere die großen Vorteile einer vergleichsweise einfachen Art der Fertigung bei kleinsten Stückzahlen oder bei sehr komplexen Geometrien wichtige Entscheidungsparameter für den Einsatz des 3D-Drucks dar. Deshalb ist das Interesse zum Beispiel für die Unternehmen von hoher Relevanz, die im Bereich des Prototypenbaus oder der Ersatzteilefertigung tätig sind. Zu den weiteren Vorteilen des 3D-Drucks zählt die Möglichkeit, unter zahlreichen Werkstoffen auszuwählen, so dass Festigkeit oder Gewicht eines Bauteils in weiteren Grenzen variiert werden können. Wenn es um Anforderungen an die Oberflächenqualität geht werden jedoch trotz dieser zahlreichen Vorzüge die noch bestehenden Verbesserungsmöglichkeiten deutlich.
Additiv gefertigte Bauteile weisen in der Regel eine deutlich erkennbare Oberflächenunebenheit beziehungsweise eine hohe Oberflächenrauheit auf. Je nach Art des eingesetzten Ausgangsmaterials und je nach Art des Lasereinsatzes zeigen die hergestellten Teile beispielsweise sogenannte Schmelzraupen, wie sie vom Schweißen her bekannt sind, oder eine blumenkohlartige Oberfläche aufgrund der körnigen Ausgangstruktur. Werden jetzt glatte, glänzende Oberflächen gefordert, versagen die bekannten Verfahren zur Beschichtung in den bisher üblichen Auftragungsverfahren.
Lösungen für diese Herausforderungen benötigen spezielles Know-how und auch neue Bearbeitungsverfahren. Die Spezialisten Raphael Rieffe von Formlabs und Andreas Weiss von AMPro 3D ziehen bei solchen Herausforderungen Dr. Jürgen Hofinger, Geschäftsführer der Biconex GmbH als innovativen Entwickler auf dem Gebiet der Oberflächenbeschichtung, speziell bei Kunststoffen und vor allem im Hinblick auf umweltfreundliche Verfahren, zu rate.
Durch die galvanische Beschichtung von Kunststoff lässt sich die Festigkeitslücke zwischen Kunststoff und Metall schließen (Bild: Formlabs/AMPro 3D)
Anlagen für den 3D-Druck
Raphael Rieffel von der Formlabs GmbH ist Spezialist für den Einsatz von 3D-Druck. Das Unternehmen mit etwa 130 Mitarbeitenden sieht seinen Schwerpunkt darin, die Technologie international einem stetig breiteren Einsatz zuzuführen. Dazu bietet das Unternehmen sowohl Anlagen für geringe Investitionen zur Einführung der Technologie als auch zur Erfüllung einer hohen Teilequalität an. Zur Anwendung kommen Selektives Lasersintern (SLS) und Stereolithografie (SLA). Dabei unterstützt Formlabs seine Kunden darin, den Arbeitsfluss im Unternehmen bestmöglich zu optimieren.
Zur Herstellung von Teilen mittels 3D-Druck kommen unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz, beispielsweise ABS oder Polyethylen. Für die beiden präferierten Technologien SLS und SLA bietet Formlabs Anlagen an, die alle notwendigen Arbeitsschritte umfassen, um sowohl hohe Ausbeuten als auch hohe Qualität zu erreichen. Aufgrund des stets kritischen Umgangs mit feinen und daher auch reaktiven Pulvern, zeichnen sich die Anlagen durch eine hohe Sicherheit in Bezug auf Explosionsgefahr aus. Für die Herstellung von Teilen aus Kunststoff kommt vor allem Nylon in unterschiedlicher Modifikation zum Einsatz. Zur Optimierung der Steuerung bietet Formlabs eine frei verfügbare Software an.
Beide Druckverfahren haben sich bereits in der Automobilindustrie (Vital Auto) bewährt, um beispielsweise Konzeptstudien zu realisieren, etwa bei Volvo, Nissan oder McLaren. Hierbei konnte die SLA-Technik die bisher übliche CNC-Fertigung ersetzen, insbesondere durch eine mannlose Fertigung rund um die Uhr. Als Beispiel zeigte der Vortragende Lüfterteile, Schalter oder Dichtungen, die sowohl funktionale als auch dekorative Anforderungen erfüllen. Es sind also sowohl flexible als auch hochfeste Werkstoffe einsetzbar. Ganz besondere Vorteile ergeben sich bei komplexen Bauteilen, die durch Fräsen nur mit enorm hohem Aufwand hergestellt werden können. Neben der Prototypenfertigung spielt der 3D-Druck bei der Herstellung von Ersatzteilen eine zunehmend große Rolle, zum Beispiel beim Unternehmen Brose. Hier kommt der Kostenaspekt als wichtiger Punkt zum Tragen.
Vor allem das SLA eignet sich aufgrund der guten Oberflächenqualität sehr gut für das Metallisieren durch galvanotechnische Verfahren. Durch die Metallisierung werden nicht nur das Aussehen verbessert sondern auch Eigenschaften wie Mechanik oder Elektrik.
Anwendungsbeispiel für eine technische Metallisierung: Die aufgebrachte Metallschicht macht den Kunststoffrohling zu einer funktionsfähigen Antennne(Bild: Formlabs/AMPro 3D)
Optimierung der Produktion
Andreas Weiss von AMPro agiert als Händler und Support für 3D-Druck, um den Einsatz der Geräte bei den verschiedenen Kunden optimal zu gestalten. Zum Beratungsumfang zählen auch wirtschaftliche Betrachtungen oder die Optimierung der Teilegestaltung. Als einer der Partner ist Biconex aktiv, die sich durch hohe Kompetenz in der galvanischen Beschichtung auszeichnet. Anwendungen der SLA-Technik sind zum Beispiel in zunehmendem Maße Antennenelemente oder Einzelteile zur Reparaturzwecken. Dabei kommt dem Galvanisieren ein hoher Stellenwert zu, da durch die Metallschicht das anwendungsgerechte Aussehen entsteht.
Die Kosten für eine Metallisierung sind aktuell schwer abzuschätzen, da der Aufwand für die Erstausstattung der galvanischen Rahmentechnologie relativ hoch ist. Bei steigenden Stückzahlen können hier Vorteile erzielt werden. Wichtig ist die optimale Aufbringung einer ersten Schicht, um einen guten Kontakt zwischen Kunststoff und Metall zu erzielen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die unterschiedlichen Kunststoffe verschiedene Eigenschaften bezüglich der Metallisierung besitzen. Ein geringer Vorteil beruht auf der Tatsache, dass die versinterten Partikel Hohlräume besitzen, die eine gute Verbindung gewährleisten; allerdings erschwert dies die Erzeugung einer glatten Oberfläche. Mikrorauheiten lassen sich relativ gut erzielen, während hohe, grobe Rauheiten viel Aufwand zur Glättung erfordern.
Hybridtechniken erweitern die Materialeigenschaften, die mittels 3D-Druck erreicht werden können (Bild: Formlabs/AMPro 3D)
Entwicklungsbedarf aufgezeigt
Die Diskussion der Teilnehmer nach den grundlegenden Vorträgen von Raphael Rieffel und Andreas Weiss hatte zum einen die Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften der verfügbaren Werkstoffe für den 3D-Druck zum Thema. Hier stehen einerseits hohe Festigkeiten und andererseits geringe Teilegewichte im Vordergrund. Darüber hinaus wurden häufig Fragen zur nachträglichen mechanischen Bearbeitung und deren Folgen auf die Teileeigenschaften gestellt.
Allgemein bekannt ist inzwischen, dass das Aussehen der hergestellten Teile auf Grund der vorhandenen Oberflächenrauheit dem Einsatz Grenzen setzt. In der Regel ist zur Erzielung eines guten, ansprechenden Aussehens eine mechanische Bearbeitung erforderlich. Diese gelingt bei metallischen Teilen in gewissen Grenzen durch klassische Schleif- und Polierprozesse. Teile aus Kunststoff bieten diese Möglichkeit in der Regel nicht. Funktionelle Eigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit oder Verschleißschutz, lassen sich dagegen durch eine Metallisierung mit galvanotechnischen Methoden erzielen. Allerdings sind derartige Verfahren in der Regel kosten- und zeitintensiv, erfordern also eine gründliche Beratung durch Fachunternehmen wie Biconex.
Hinweis
Das Online-Seminar wurde aufgezeichnet und steht in Kürze unter der Plattform Youtube für alle Interessenten kostenfrei zur Verfügung.
