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3D-Kunststoffdruck Auch einfache Geometrien mit Additiver Fertigung verbessern

| Redakteur: Simone Käfer

Das Design steht, der Prototyp wurde additiv gefertigt. 8000 Teile werden benötigt. Für welche Herstellungsvariante entscheiden Sie sich: Spritzguss oder 3D-Druck?

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Mit dem additiven Fertigungsverfarhen von Voxeljet konnte Spanlite verschiedene Prototypen gleichzeitig produzieren und testen, um das geeignete finale Design festzulegen.
Mit dem additiven Fertigungsverfarhen von Voxeljet konnte Spanlite verschiedene Prototypen gleichzeitig produzieren und testen, um das geeignete finale Design festzulegen.
(Bild: Voxeljet)

Wenn das finale Design mittels additiver Fertigung entwickelt wurde und die Stückzahl des Bauteils weit jenseits der Hundert liegt. Dann fokussieren Hersteller häufig konventionelle Fertigungsmethoden wie den Spritzguss. Doch dagegen kann Voxeljet mit seinem HSS-Verfahren punkten.

Das britische Unternehmen Spanlite hat sich auf maßgeschneiderte LED-Beleuchtung für das Gastgewerbe, den gewerblichen Bereich und den gehobenen Privatkundenmarkt spezialisiert. Für seine individuelle LED-Beleuchtungen wollte der LED-Anbieter seine kantenbeleuchtete Funktionswände verbessern. Im ersten Schritt wollten sie einen Prototyp zur Funktionsbewertung herstellen. Dafür wandte sich Spanlite an die britische Niederlassung von Voxeljet, die mit ihrem HSS-Prozess schnell und kostengünstig funktionale Prototypen aus Polymeren herstellen.

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HSS ist ein Binder-Jetting-Verfahren

Beim HSS-Prozess handelt es sich um ein Binder-Jetting-Verfahren, bei dem ein Pulver verarbeitet wird. Ein Beschichter appliziert haarfeine Schichten des Materials auf die Bauplattform, die anschließend selektiv vom einem Druckkopf mit einer Infrarotlicht absorbierenden Tinte benetzt werden. Durch die Bestrahlung der Schichten mit Infrarotlicht verschmelzen die mit Tinte eingefärbten Bauteilpartien, während das ungefärbte Pulver lose bleibt. Diese Schritte wiederholen sich, bis das Bauteil aufgebaut ist. In der Praxis werden meist mehrere Bauteile in einem einzigen Baujob produziert.

Um das Kabelmanagement der LED-Panels von Spanlite zu verbessern und Beschädigungen der Kabel zu reduzieren, benötigte der Hersteller eine zweiteilige ineinandergreifende Kabelklemme. Diese führt das Kabel durch eine 90°-Biegung innerhalb des montierten Gehäuses, verringert die Zuglast auf das Kabel und bietet gleichzeitig Schutz vor scharfen Metallkanten des äußeren Aluminium-Strangpressprofiles.

Um seinen Jahresbedarf zu decken, benötigt Spanlite rund 8000 solcher Kabelklemmen. Die Klemmen sind klein und ihre Geometrie ist nicht komplex – eigentlich ein Fall für Spritzguss. Doch lassen sich die Klemmen kostengünstiger über den HSS-Prozess herstellen als mit anderen additiven Verfahren oder konventionellen Fertigungsmethoden. Denn ein Fertigungsdurchgang der VX200 HSS von Voxeljet druckt rund 500 Kabelklemmen. Die Produktion wickelte Spanlite über den On-demand-Service ab. In seinem deutschen Dienstleistungszentrum bietet Voxeljet inzwischen auch eine Full-Service-Produktion von Polymerbauteilen inklusive Oberflächenveredelung und Färbung an.

Mit HSS schneller zum finalen Design

Die erste Herausforderung war die Definition der richtigen Abmessungen, um die richtige Klemmkraft für das verwendete Kabel zu erreichen. Diese Projektphase umfasste verschiedene Designiterationen des Bauteiles, bis der LED-Hersteller in enger Zusammenarbeit mit Voxeljet eine geeignete Bauteilgeometrie entwickelt hatte. Eine solche Entwicklung und Produktion eines ersten Prototyps kann sich mit konventionellen Methoden über Wochen hinziehen. Mit dem HSS-Prozess konnte Spanlite jedoch verschiedene Prototypen der Klemmen gleichzeitig produzieren und testen, um das geeignete finale Design festzulegen.

Formen und Funktionen integrieren

Eine weitere Herausforderung war, dass die Klemmen gerade beim Zusammenstecken hohen mechanischen Ansprüchen genügen müssen. Doch dies konnte einfach durch die Anpassung der Orientierung der Bauteile innerhalb des Bauraumes optimiert werden. „Das Schöne am 3D-Druck von Voxeljet lag für uns darin, dass nicht nur ein anfänglicher Bedarf, wie die Kabelzugentlastung, gedeckt werden konnte, sondern dass wir auch gleich zusätzliche Formen und Funktionen in das Bauteil integrieren konnten, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen“, so Adrian Bowker, Managing Director bei Spanlite.

Es müssen nicht immer komplexe oder scheinbar paradoxe Geometrien sein. Auch bei einfachen Bauteilen verschiebt der 3D-Druck die Grenzen des konstruktiv Möglichen immer weiter und stößt dabei einen Wandel im konstruktiven Denken an.

„Nach einer kurzen Testphase zur Perfektionierung von Form und Funktion konnten wir schnell in die vollständige Produktion und Montage übergehen”, sagt Bowker. Für Spanlite war das eine ganz neue Erfahrung, schließlich hatte das Unternehmen 3D-Druck kaum eingesetzt. „Wir sind uns sicher, dass die Klemmen erst der Anfang waren”, so Bowker weiter. „Wir sind bereits dabei, neue Bauteile für den 3D-Druck zu identifizieren. Die Technologie bietet uns sowohl in der Konstruktion als auch in der Serienproduktion der von uns benötigen Bauteile mehrere Vorteile.“

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