Additive-FertigungPAYER International Technologies 3D-Teiledruck: Das Duell
Stahlwerkzeug gegen 3D-gedrucktes Werkzeug: Beim Anblick des 3D-gedruckten Werkzeugeinsatzes kniff der Werkzeugmacher die Augenbrauen zusammen und kommentierte das Kunststoffteil kurz und knapp mit den Worten „…das geht nie!“ – denn Werkzeugmacher arbeiten mit Stahl. Der Frage, wie ein gedrucktes Werkzeug im Vergleich zu einem Stahlwerkzeug abschneidet, hat sich Payer mittels eines Vergleichstests angenommen.
Das Vergleichsduell: Stahlwerkzeug gegen 3D-gedrucktes Werkzeug.
Wissenswertes über Payer
Die Payer Gruppe hat ihren Stammsitz in der Nähe von Graz und verfügt über weitere Entwicklungs- und Produktionsstandorte in Ungarn und in China.
Payer hat sich vom namhaften Rasiererhersteller zum innovativen Entwicklungs- und Herstellungspartner mit Mehrwert entwickelt. Die Entwicklung und Produktion von Haarentfernungsgeräten ist nach wie vor zentrales Thema, jedoch konnten die Kompetenzen in Entwicklung, Spritzgussteilefertigung und Baugruppenmontage auf unterschiedliche Geschäftsfelder äußerst erfolgreich umgelegt werden. Um den hohen Anforderungen des Marktes hinsichtlich Time-to-Market gerecht zu werden, ist die Additive Fertigung als Teil des Leistungsportfolios und nicht mehr wegzudenken.
Neben dem 3D-Teiledruck im MJM-Verfahren, hat auch der Druck von Werkzeugeinsätzen sowie die Fertigung von sogenannten „schnellen Werkzeugen“ aus ungehärtetem Stahl seinen Platz bei Payer. Der enorme Vorteil liegt darin, dass Kunststoffteile in einem sehr frühen Stadium des Produktentstehungsprozesses aus Originalkunststoff kosteneffizient hergestellt werden können. Diese Teile werden für Tests bzw. Langzeittests herangezogen. Ein Bereich in dem Payer auf diese Teile angewiesen ist, ist die Medizintechnik.
Stahl – ein Material, dass hinsichtlich Härte und Festigkeit bekannt ist und geschätzt wird – ist berechenbar und das Materialverhalten in alle Belastungsrichtungen gleich. Kein Wunder also, dass gedruckte Werkzeugeinsätze erst einmal skeptisch beäugt werden.
Aber wie schneidet ein gedruckter Einsatz im Vergleich zu einem Stahlwerkzeug wirklich ab? Und welche Ergebnisse kann man mit unterschiedlichen Kunststoffen erzielen? Dieser Frage ist Payer nachgegangen. Das Werkstück ist ein knapp 70 mm langer Schlüsselanhänger mit einer einfachen Kontur. Im Test befanden sich drei unterschiedliche Materialien: ABS, HDPE sowie Polycarbonat.
Das Werkstück – ein Schlüsselanhänger.
Der Werkzeugaufbau
Für den Test wurde ein 1+1-fach Werkzeug mit Punktanguss konzipiert. Die Einsätze wurden auf der hauseigenen Multijet-Anlage gedruckt, in Wechselformen eingebaut und auf einer Spritzgussmaschine mit 35 t Schließkraft bemustert. Das Stahlwerkzeug stammt aus dem Rapid-Tooling Programm von Payer. Das Werkzeug wurde baugleich in 1+1-fach Auslegung aus ungehärtetem Stahl hergestellt.
Der erste signifikante Unterschied liegt in der Bauzeit. Während die Durchlaufzeit des Stahlwerkzeuges mehrere Tage betrug und die Ressourcen mehrerer Mitarbeiter gebunden waren, konnte das gedruckte Werkzeug über die Betätigung eines Startknopfs am Drucker über Nacht realisiert werden.
Der gedruckte Werkzeugeinsatz wurde mit den gängigen Industriekunststoffen für Spritzgießanwendungen getestet.
Die Testdurchläufe im Detail
Das Stahlwerkzeug zeigte überaus gute Ergebnisse im Testdurchlauf mit dem ABS. Die gemessenen Differenzen (am Beispiel M1 und M2) liegen knapp am Messfehlerbereich von 0,01 mm und unterliegen somit der Kunststoff-Formtoleranz TG1 nach DIN 16742.
Mit einem der gedruckten Werkzeugeinsätze wurden 60 ABS Teile produziert. Dabei erhitzte sich das Werkzeug sehr rasch und musste während der Bemusterung laufend mittels Druckluft gekühlt werden. Die Teilekühlzeit betrug 55 Sekunden, die Teile selbst zeigten einen hohen Verzug sowie Abweichungen von „Schuss zu Schuss“. Trotz eines Ausreißers bei Schuss Nummer 8 konnten immerhin Toleranzen von TG6 bis TG8 erreicht werden.
Im Test mit dem HDPE konnten 29 Teile hergestellt werden. Auch hier musste das Werkzeug permanent gekühlt werden. Es zeigten sich Maßabweichungen sowie erhöhte Kavitäten. Hinzu kamen starke Gratbildung und hoher Verzug, die eine weitere Verwertung der Musterteile unmöglich macht.
Bei Schuss Nummer 8 kam es unter enormer Hitzebildung zum Bruch des gedruckten Werkzeuges bei der Verwendung von PC. Es war kein besonders schöner Anblick und die Befürchtung des Werkzeugmachers wurde in diesem Fall Realität. Die 15 Musterteile zeigten Maßabweichungen, erhöhte Kavität, Gratbildung sowie hohen Verzug.
Im Test überzeugt das ABS
Mit dem ABS konnten durchaus gute Ergebnisse erzielt werden, die Teile können im Entwicklungsprozess entscheidende Erkenntnisse bringen und Fehler in der Serie vermeiden. Die hier erreichten Toleranzen sind dennoch groß. Wenn man aber die Bilanz aus Kosten, Herstellungszeit und dem Teilenutzen betrachtet, muss wohl auch ein Werkzeugmacher neidlos zugeben, dass dieses Herstellungsverfahren durchaus Vorteile bringt.
Teilen: · · Zur Merkliste