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3D-Drucker für Schmelzschichtverfahren

| Autor: Simone Käfer

Eine Möglichkeit, Kunststoffbauteile additiv zu fertigen, bietet das Schmelzschichtverfahren. Unter drei hier vorgestellten FLM-Druckern befindet sich ein schneller, ein genauer und einer, dessen Arbeit ständig überprüft werden kann – von überall.

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Für die Herstellung von 40.000 Stück dieses Einklebeteils für die Türverkleidung eines Pkws hatte Thomas Pazulla vier Monate Zeit. Das war nur mit Additiver Fertigung lösbar.
Für die Herstellung von 40.000 Stück dieses Einklebeteils für die Türverkleidung eines Pkws hatte Thomas Pazulla vier Monate Zeit. Das war nur mit Additiver Fertigung lösbar.
(Bild: German Reprap)
  • Die vierte Generation des X400 von German Reprap druckt bis 200 mm/s schnell.
  • Mit fünf Achsen kann der Hage3D auf 0,05 mm genau drucken.
  • Der F370 von Stratasys ist netzwerkfähig, wodurch Anwender jederzeit den Druckvorgang über ein Mobilgerät abfragen können.

Ein Notfall: Der Zulieferer fällt aus, doch die Bauteile werden gebraucht. Ein Desaster in der zeitgebundenen Automobilbranche. Schnell muss ein anderer Auftragsfertiger her, der innerhalb kürzester Zeit 40.000 Teile produziert. Genau das geschah unserem Produkttester Thomas Pazulla von TP Technische Dienstleistungen. Er löste die Monsteraufgabe mit neun 3D-Druckern, die 500 Teile täglich fertigten – auch am Wochenende. Das Endprodukt ist ein Einklebeteil in der Türverkleidung eines Pkws.

2012 ging Pazulla in die Selbstständigkeit und übernahm Aufträge von der Planung, Entwicklung und Konstruktion bis zu Kleinserien und nun auch bis zur Serienfertigung. Seit 2013 befasst sich Pazulla mit Additiver Fertigung. Denn Produktionsdienstleistung wollte er auch anbieten, aber Fräsmaschinen waren zu kostspielig. Aufgrund der Nähe landete Pazulla auf seiner Suche nach einem 3D-Drucker bei German Reprap. Recht schnell wuchs sein Maschinenpark auf neun 3D-Drucker an, fünf X400 und vier X350.

Das Schmelzschichtverfahren

Beide Drucker arbeiten mit dem Schmelzschichtverfahren (FLM, Fused Layer Modeling), es versteckt sich auch hinter den Abkürzungen FFF (Fused Filament Fabrication) und FDM (Fused Deposition Modeling). Dabei wird ein auf eine Spule gewickeltes Filament im Druckkopf geschmolzen und als Endlosstrang schichtweise aufgetragen. Daher ist dieses Verfahren vorwiegend für thermoplastisches Material geeignet.

Der aktuelle X400 V4 von German Reprap steht vielleicht auch bald bei Pazulla.
Der aktuelle X400 V4 von German Reprap steht vielleicht auch bald bei Pazulla.
(Bild: German Reprap)

Vom X400 existiert inzwischen bereits die vierte Generation. Ihr Bauraum von 350 mm × 400 mm × 310 mm ermöglicht einen Dualdruck von großen Objekten und natürlich auch Kleinserien. Der X400 druckt mit einer Schichtstärke bis 0,1 mm und einer Positioniergenauigkeit von ± 0,1 mm. Bei einer Extrudertemperatur von 290 °C druckt er Filament mit 1,75 mm auf einem Standard-Düsendurchmesser von 0,4 mm. Die Druckgeschwindigkeit des X400 V4 ist 10 bis 200 mm/s bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 10 bis 300 mm/s. Pazulla druckte noch mit dem X400 V3. Aber auch mit ihm gelang es Pazulla, innerhalb von vier Monaten 40.000 Teile zu fertigen, wobei jeder seiner Drucker für 16 Teile acht Stunden benötigt. Als Material wurde das ABS-Filament von German Reprap verwendet. Die Materialwahl wurde vom Auftraggeber vorgegeben.

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Anwenderblick
Drei Fragen an den Anwender

Thomas Pazulla von TP Technische Dienstleistungen musste in Rekordzeit Bauteile für einen Automobilhersteller fertigen. Das gelang ihm mit 3D-Druckern von German Reprap.

„Aufgrund der hohen Prozessstabilität und des Industriestandards eignen sich die 3D-Drucker auch für die Serienproduktion von Kunststoffbauteilen", erzählt Thomas Pazulla von TP Technische Dienstleistungen.
„Aufgrund der hohen Prozessstabilität und des Industriestandards eignen sich die 3D-Drucker auch für die Serienproduktion von Kunststoffbauteilen", erzählt Thomas Pazulla von TP Technische Dienstleistungen.
( Bild: German Reprap )

Herr Pazulla, warum haben Sie sich für die Modelle von German Reprap entschieden?

Die Qualität sowie vor allem auch das Preis-Leistungs-Verhältnis haben einfach gestimmt. Da habe ich dann gleich den ersten German Reprap X400 gekauft.

Doch bei dem einen blieb es nicht ...

Erst halbjährlich jeweils eine Maschine, dann in den letzten beiden Jahren sogar drei Maschinen pro Jahr – mittlerweile sind es insgesamt neun 3D-Drucker, die für meine Frau und mich arbeiten: fünf German Reprap X400 und vier German Reprap X350.

Was schätzen Sie so sehr an der Additiven Fertigung, dass Sie so viel in sie investieren?

Die Vorteile beim 3D-Druck sind nicht von der Hand zu weisen – die Kunden haben einfach viel schneller die ersten Prototypen beziehungsweise Handmuster in der Hand. Vor allem die Kunden in der Automobilindustrie legen Wert auf Schnelligkeit. Dort ist es wichtig, dass möglichst schnell die ersten Muster geliefert werden können. Dies muss dann meist innerhalb von wenigen Tagen oder sogar Stunden passieren. Aufgrund der hohen Prozessstabilität und des Industriestandards eignen sich die 3D-Drucker von German Reprap auch für die Serienproduktion von Kunststoffbauteilen. Dadurch erschließen sich mir völlig neue Anwendungsfelder, die bisher nur mittels Spritzguss abgebildet werden konnten. Dieser Trend wird von German Reprap mit seiner Material- und Anlagenentwicklung weiter gefördert. Ich rechne mit einem starken Anstieg von Aufträgen, die die Fertigung von kleinen oder mittleren Losgrößen von FDM-Teilen beinhalten.

3D-Druck mit fünf Achsen

Auch noch ganz frisch ist der 5-Achs-Drucker von Hage. Die Hage3D-Maschine wird auf der Formnext 2017 vorgestellt. In einem Bauraum von 500 mm × 500 mm × 450 mm werden Kunststoffe bis 300 °C gedruckt, das Druckbett erreicht 110 °C. Bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 250 mm/s druckt die 5-Achs-Maschine auf 0,05 mm genau. Die minimale Schichtstärke beträgt ebenfalls 0,05 mm bei maximalen 150 mm/s Druckgeschwindigkeit. Durch die fünf Achsen kann der Druckkopf andere Positionen einnehmen als bisher üblich. Das wiederum soll laut Hage das Herstellen komplexer Formen ganz ohne Stützstrukturen möglich machen.

Die Stratasys-Drucker der F123-Serie können mit einer Genauigkeit 
von ± 0,2 mm oder 
± 0,002 mm/mm drucken.
Die Stratasys-Drucker der F123-Serie können mit einer Genauigkeit 
von ± 0,2 mm oder 
± 0,002 mm/mm drucken.
(Bild: Stefanie Michel/MM)

Der Netzwerkfähige 3D-Drucker

Bereits auf dem Markt ist der F370 aus der F123-Serie von Stratasys. Durch seine Netzwerkfähigkeit können Druckfortschritte über Mobilgeräte überwacht werden. Bauteile fertigt er mit einer Genauigkeit von ± 0,2 mm oder ± 0,002 mm/mm, je nachdem, womit eine höhere Präzision erreicht wird. Der F370 ist mit einem Bauraum von 355 mm × 254 mm × 355 mm der größte der Serie, seine Schichtstärken von 0,127 mm sind die dünnsten. In einer Schublade an der Vorderseite der Maschine befinden sich vier Materialbehälter, zwei für das Modell, zwei für das Stützmaterial.


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Über den Autor

Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung, Werkstoffe und Materialfluss, Vogel Communications Group