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Werkstoffe

Filament mit Charakter für den 3D-Kunststoffdruck

| Autor / Redakteur: Tom Krause / Simone Käfer

Die Additive Fertigung erlaubt es bei manchen Bauteilen auch, Metall durch Kunststoff zu ersetzen. Allerdings muss der Kunststoff die passenden Eigenschaften aufweisen.
Die Additive Fertigung erlaubt es bei manchen Bauteilen auch, Metall durch Kunststoff zu ersetzen. Allerdings muss der Kunststoff die passenden Eigenschaften aufweisen. (Bild: Igus)

Kunststoffe müssen den speziellen Anforderungen der Schmelz- und Schwindungsprozesse im 3D-Druck genügen und dürfen dabei nicht ihre charakteristischen Materialeigenschaften verlieren. Ein Hersteller bietet verschiedene Filamente mit je eigenen Schwerpunkten an.

Herstellung, Verarbeitung, Anwendung – bei Igus dreht sich seit 1964 alles um Kunststoffe. Mit diesem Wissen stießen die Kölner 2014 die Tür zu einem neuen Markt auf und stellten ihre ersten verschleißfesten Filamente für den 3D-­Druck her. Mit den Schnüren aus reibungsarmem Kunststoff lassen sich unter anderem Lager, Zahnräder und Linearschlitten in individuellen Abmessungen als Einzelteile, Prototypen oder Kleinserien kostengünstig und schnell produzieren. Jedes Filament bei Igus hat seinen Sinn, bietet dem Anwender individuelle Eigenschaften. Liegt beispielsweise der Schwerpunkt auf einer hohen Chemikalienbeständigkeit, rät der Kunststoffhersteller zu Iglidur C210-PF, bei einer besonders hohen Verschleißfestigkeit zu Iglidur I180-PF oder bei hohen Anwendungstemperaturen gepaart mit langer Lebensdauer zu Iglidur J260-PF. Laut Igus weisen alle eigenen Filamente deutlich geringere Reibwerte als ABS- und PLA-Materialien auf. Durch ihre Abriebfestigkeit eignen sie sich für dynamische Anwendungen.

Die Ergebnisse aus dem hauseigenen Testlabor zeigen, wie verschleißarm das Iglidur-Filament ist.
Die Ergebnisse aus dem hauseigenen Testlabor zeigen, wie verschleißarm das Iglidur-Filament ist. (Bild: Igus)

Jüngster Vertreter ist Iglidur I150-PF für das FFF-Verfahren. Es ist das bisher am einfachsten zu verarbeitende Filament, das die Kölner auf den Markt gebracht haben. Die leichte Verarbeitbarkeit macht das Filament kostengünstig. Zudem zeichnet sich der Werkstoff durch eine hohe Verschleißfestigkeit aus, die eine lange Lebensdauer des gedruckten Bauteils garantiert; hohe Abriebfestigkeit bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten und guten mechanischen Kennwerten sorgen weiter für Wirtschaftlichkeit. Der Werkstoff ist wahlweise mit einem Durchmesser von 1,75 oder 3 mm erhältlich und kann so mit handelsüblichen 3D-Druckern für das FFF-Verfahren verarbeitet werden. Gerade Branchen und Anwendungen in hygienisch sensiblen Bereichen profitieren von Iglidur I150-PF. Seit Kurzem liegt für das Filament auch eine Konformitätserklärung entsprechend der EU-Verordnung 10/2011 für Lebensmittelkontakt vor. Durch diese Zertifizierung können Kunden den Werkstoff auch zum Drucken von Sonderteilen für bewegte Anwendungen nutzen, die im direkten Kontakt mit Nahrungsmitteln oder Kosmetik stehen.

Das passende Filament für Zahnräder ist verschleißarm und erhöht dadurch ihre Lebensdauer.
Das passende Filament für Zahnräder ist verschleißarm und erhöht dadurch ihre Lebensdauer. (Bild: Igus)

Das Filament für ein längeres Leben

Speziell für Zahnräder, die hohen Anforderungen in bewegten Anwendungen standhalten sollen, hat das Unternehmen das Lasersintermaterial Iglidur I6-PL entwickelt. Der Werkstoff erweitert das bestehende Angebot aus sechs Tribofilamenten für das FFF-Verfahren und soll dazu beitragen, dass sich die Lebensdauer von gedruckten Zahnrädern weiter erhöht. Um Lebensdaueraussagen zu untermauern, greift das Kunststoffunternehmen auf sein hauseigenes, 2750 m2 großes Testlabor zurück. Für Iglidur I6-PL zeigte sich bei den Tests, dass der Werkstoff eine besonders hohe Verschleißfestigkeit und dadurch eine besonders lange Lebensdauer besitzt. Im Vergleich mit den bisher gängigen Materialien für den SLS-Druck wurde ein Schneckenrad mit 5 Nm Drehmoment und 12 min–1 getestet. Dabei blieb das Zahnrad aus dem Standard-Lasersintermaterial PA12 bereits nach 521 Zyklen stehen, da der Reibwert so hoch angestiegen war. Das Zahnrad aus dem Iglidur I6-PL zeigte nach 1 Mio. Zyklen lediglich einen geringen Verschleiß auf und war noch voll funktionsfähig. Gefräste Zahnräder aus POM wiesen bereits nach 621.000 Zyklen einen totalen Verschleiß, während gefräste Zahnräder aus PBT schon nach 155.000 Zyklen brachen. Das Unternehmen ist sich seiner Erfahrung so sicher, dass es in einem kostenfrei zugänglichen Online-Tool konkrete Aussagen über die Lebensdauer von Gleitlagern macht, die mit seinen Werkstoffen gefertigt wurden.

Die Lebensdauer berechnen Die jährlichen 10.000 Tests liefern die Datenbasis für den Online-Lebensdauerrechner für Kunststoffgleitlager. In vier Schritten erfasst das Expertensystem die individuellen Anforderungen und listet anschließend dem Nutzer eine Eignungs- und Lebensdaueranalyse aller schmier- und wartungsfreien Werkstoffe der Reihe Iglidur online auf.

Nur mit Filament ist noch kein Bauteil gedruckt, es braucht auch den entsprechenden 3D-Drucker dazu. Wer diesen nicht besitzt, für den bietet sich Igus als Auftragsfertiger an. Gefertigt werden individuelle Verschleißbauteile im FFF- oder SLS-Verfahren. Kunden laden ihre Daten im STEP(STP-)Format per Drag-&-drop ins Browserfenster. Im nächsten Schritt werden die benötigten Mengen festgelegt und das geeignete Material ausgewählt. Dann wird – je nach Wunsch – ein formales Angebot erstellt oder der direkte Bestellvorgang kann ausgelöst werden. Im SLS-Druck können in Köln auch komplexe Sonderteile sehr schnell gefertigt und Bauteile mit einer Höhe bis 300 mm hergestellt werden. Bereits heute entstehen Kleinserien bis 5000 Stück aus Iglidur I3-PL und Iglidur I6-PL.

Seine Expertise nutzt Igus auch für sich selbst. So bietet der Lineartisch SLT-I3 einen großen Variantenreichtum in der Gestaltung einer individuellen Linearachse. Dies ermöglichen 3D-gedruckte Schlitten und Traversen. Dadurch lassen sich schmiermittel- und wartungsfreie Lineartische günstig und besonders schnell nach Kundenwunsch realisieren.

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* Tom Krause ist Leiter Additive Fertigung bei Igus in 51147 Köln, Tel. (0 22 03) 96 49-0, info@igus.de, www.igus.de

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