Arburg PMMA: Offenes System verarbeitet Originalmaterial

Premiere feierte auf den Technologie-Tagen 2018 das Material PMMA, das ein Freeformer additiv zu verschiedenen Bauteilen verarbeitete.

Offenes System für die industrielle Additive Fertigung

Der Freeformer und das Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) eignen sich nicht nur für das Prototyping, sondern auch und gerade für die industrielle Additive Fertigung von Funktionsbauteilen. Ein großer Vorteil des AKF-Verfahrens ist, dass Freeformer-Kunden mit dem offenen System ihre eigenen Originalmaterialien qualifizieren und die frei programmierbaren Prozessparameter gezielt auf ihre jeweilige Anwendung optimieren können – angefangen von den Einstellungen für die schichtweise Geometriezerlegung, über Temperaturen bis zum Austrag.

Das AKF-Verfahren eignet sich für TPE-Werkstoffe verschiedenster Härten Shore A. Der Freeformer fertigt daraus additiv z. B. funktionsfähige, luftdichte Faltenbälge.

AKF erreicht hohe Zugfestigkeiten

Je besser der Prozess eingestellt ist, desto besser wird die Qualität des Bauteils. Mechanische Belastungstests mit PA10 XE 4010 zeigen, dass sich durch eine angepasste Prozessführung Bauteildichten von bis zu 95 % und Zugfestigkeiten von bis zu 97 % im Vergleich zum Spritzgießen erreichen lassen. Zudem lässt sich die Bruchdehnung um ein Vielfaches steigern.

Bei Versuchen zur Festigkeit von Zugstäben aus PC (Makrolon 2805) entspricht die Streckspannung in x/y-Richtung zu 100 % der von Spritzgießteilen – in z-Richtung wird mit 83 % ebenfalls ein sehr guter Wert erzielt.

In PC/ABS eincompoundierte Carbon Nanotubes (schwarze Komponente) machen sogenannte „Light-Sticks“ elektrisch leitfähig, sodass die eingelegte LED bei Zufuhr von Strom aufleuchtet.

Bauteileigenschaften gezielt beeinflussen

Da die Tropfengröße und Prozessführung beim AKF-Verfahren den jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann, ergeben sich individuelle Einstellmöglichkeiten, vergleichbar mit dem Spritzgießen. Dies präsentierte Arburg zu den Technologie-Tagen 2018 praxisnah an zwei aktuellen Beispielen:

Zum einen verarbeitete ein Freeformer ein weiches SEBS der Härte 28 Shore A zu funktionsfähigen, dichten Faltenbälgen. Dieser Werkstoff findet aufgrund seiner Zulassung Einsatz in der Medizintechnik. Das AKF-Verfahren eignet sich für die Verarbeitung von TPE-Werkstoffen in einem weiten Spektrum an Härten Shore A. Durch die Veränderung des sogenannten Formfaktors – also das Verhältnis von Breite zu Höhe der ausgetragenen Tropfen – lässt sich die Dichte und somit Weichheit des Materials zusätzlich gezielt beeinflussen.

Ebenfalls Werkstoff-Premiere feierte das Material PMMA, aus dem der Freeformer funktionsfähige Bauteile produzierte. Am Beispiel polierter Testscheiben demonstrierten die AKF-Experten, wie sich durch Veränderung der Prozessparameter – in diesem Fall extrem dicht gepackte Tropfen – und manueller Nachbearbeitung trotz Additiver Fertigung eine Transparenz des Materials erreichen lässt.

Ein Beispiel für additiv gefertigte Zwei-Komponenten-Funktionsbauteile – ganz ohne Montage – sind Planetenrollen aus TPU und PHA (Arboblend).

Erweiterung der Materialdatenbank

Die bestehende Materialdatenbank erweitern die AKF-Experten kontinuierlich um neue Werkstoffe. Zu den amorphen Standardgranulaten wie ABS, PA und PC sowie TPE kam im Herbst 2017 teilkristallines PP (CP 393) hinzu. Auf den Technologie-Tagen feierten die Werkstoffe PMMA (Plexiglas 7N) und SEBS (Cawiton PR13576) Premiere.

Zu weiteren Originalmaterialien, die bislang erfolgreich auf dem Freeformer verarbeitet wurden, zählen PC/ABS (Bayblend FR3021) mit Flammschutz, medizinisches PLLA (Purasorb PL18), ein für die Luftfahrt zugelassenes PC (Lexan 940), ABS Terluran GP-35, PA10 XE 4010 und TPU Elastollan C78A.

Auf den jährlich stattfindenden Arburg Technologie-Tagen können sich die Besucher zu den Fortschritten im Arburg Kunststoff-Freiformen informieren. Sieben Freeformer fertigten im März 2018 additiv Funktionsbauteile aus Originalmaterialien, darunter erstmals PMMA und SEBS. (Bilder: Arburg)

Industrielle Anwendungen

Hinsichtlich Branchen und Einsatzbereichen sind dem Freeformer kaum Grenzen gesetzt. Für die industrielle Anwendung sind z. B. individuelle Kunststoffteile für Konsumgüter, medizinische Einzelteile (Implantate) sowie funktionale Ersatzteile prädestiniert. Darüber hinaus kann der Freeformer schnell und flexibel Betriebsmittel wie etwa individuelle Montagevorrichtungen fertigen. Interessant sind auch die Themen Leichtbau und Funktionsintegration. Beispielsweise können bionisch optimierte Bauteile konstruiert und hergestellt werden, ohne fertigungstechnische Zwänge, wie sie beim Spritzgießen gegeben sind, berücksichtigen zu müssen.

Aktuelle Beispiele dafür sind Implantate wie Schädel-, Wangen- oder Fingerknochen aus medizinischem PLLA (z. B. Purasorb PL18), das sich nach vorgegebener Zeit im Körper auflöst, sowie Sägeschablonen aus PA, die als individualisierte Operationshilfen zum Einsatz kommen. Eine über Gelenke bewegliche Seilrolle samt Gehäuse und Befestigungshaken aus chemisch widerstandsfähigem Bio-Polyamid (Grilamid BTR 600), die bis 100 kg belastbar ist, gehört ebenso dazu wie ohne Montageaufwand voll funktionsfähige, bewegliche Planetenrollen aus der Hart-weich-Kombination TPU und PHA (Arboblend).

Mit funktionalen Materialien lassen sich gezielt zusätzliche Eigenschaften in Bauteile integrieren. Bei den „Light-Sticks“, die das Fraunhofer ICT mit dem Freeformer additiv fertigt, wurden elektrisch leitfähige Carbon Nanotubes (CNTs) in den Kunststoff PC/ABS eincompoundiert, sodass die eingelegte LED bei Zufuhr von Strom aufleuchtet.

Breite Auswahl an Stützmaterialien

Bei der Entwicklung neuer Stützmaterialien für den Freeformer arbeitet Arburg u. a. mit Hochschulen und renommierten Materialpartnern zusammen und nutzt auch deren Expertise im Compoundieren. Das wasserlösliche Stützmaterial Armat 12 ist speziell für die Verarbeitung von PP ausgelegt. Zudem wurde das wasserlösliche Stützmaterial Armat 11 weiter verbessert. Mit Armat 21 gibt es darüber hinaus eine laugenlösliche Alternative.