Teilkristallines PP erweitert AKF-Materialpalette

Auf der formnext 2017 fertigt ein Freeformer aus Standard-PP (Moplen) additiv Kabelklemmen mit filigranen Strukturen und Klick-Effekt. (Bilder: Arburg)

„Mit der Qualifizierung von PP und der Entwicklung des für diesen Werkstoff ausgelegten Stützmaterials Armat 12 ist uns ein veritabler Fortschritt bei der Erweiterung des Materialspektrums für die industrielle Additive Fertigung gelungen“, betont Dr. Eberhard Duffner, Bereichsleiter Entwicklung und Kunststoff-Freiformen bei Arburg. „Der Trend in diesem Bereich ist ganz klar, echte Funktionsbauteile noch schneller und qualitativ hochwertiger herzustellen.“

Komplette Bauteilgruppe im Belastungstest: Eine über Gelenke bewegliche Seilrolle samt Gehäuse und Befestigungshaken – mit dem Freeformer additiv aus Bio-Polyamid (Grilamid BTR 600) gefertigt.

Funktionsbauteile interaktiv erleben

„Wir wollen Kunden und Interessierten auf der diesjährigen Leitmesse in Frankfurt praxisnah demonstrieren, dass sich der Freeformer und das Arburg Kunststoff-Freiformen nicht nur für das Prototyping, sondern auch und gerade für die industrielle Additive Fertigung eignen“, erklärt Eberhard Lutz, Bereichsleiter Vertrieb Freeformer bei Arburg. Deshalb sind auf dem Messestand neben zwei Freeformer-Exponaten auch vier interaktive Stationen aufgebaut, an denen die Messebesucher insgesamt zwölf „Erlebnisbauteile“ in die Hand nehmen und sich von deren Funktionalität und Qualität selbst überzeugen können. Gezeigt werden die Bereiche Medizintechnik, Luftfahrt, Produkte aus Standard-PP sowie Funktionsbauteile aus weiteren Originalmaterialien.

Wie sich durch Optimierung der Prozessparameter die Oberflächenqualität verbessern lässt, hat Arburg auf den Technologie-Tagen 2017 am Beispiel einer Handyschale aus PA demonstriert.

Standard-PP erweitert AKF-Materialpalette

Mit PP ist nun ergänzend zur Vielzahl an amorphen Materialien der erste teilkristalline Werkstoff qualifiziert. Auf der formnext 2017 fertigt ein Freeformer aus PP (Moplen) und dem neuen Stützmaterial Armat 12, das später im Wasserbad aufgelöst wird, funktionsfähige Kabelklemmen. Deren komplexe Geometrien demonstrieren eindrucksvoll den industriellen Anspruch des AKF-Verfahrens: Die filigranen und dennoch belastbaren Strukturen verfügen über den spritzgießtypischen Klick-Effekt.

Mechanische Belastungstests mit Grilamid BTR 600 zeigen, dass die Streckspannung an den Wert von Spritzteilen gebracht werden kann und sich die Bruchdehnung um ein Vielfaches steigern lässt.

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 neue wasserlösliche Stützmaterial Armat 12 ist speziell für die Verarbeitung von PP ausgelegt und steht Kunden für Tests zur Verfügung. Zudem wurde das wasserlösliche Stützmaterial Armat 11 weiter verbessert. Mit Armat 21 gibt es darüber hinaus seit dem Frühjahr 2017 eine laugenlösliche Alternative.

Offenes System

Ein großer Vorteil von AKF ist, dass sich der Prozess an die Anforderungen anpassen lässt – und nicht umgekehrt. Neben Standardmaterialien wie ABS, PA und elastischem TPE zählen z. B. der Hochtemperaturkunststoff PEI, Bio-PA, PC/ABS mit Flammschutz und nun auch PP zur Materialpalette.

Das offene System macht die Anwender unabhängig: Freeformer-Kunden können ihr eigenes Originalmaterial qualifizieren und die frei programmierbaren Prozessparameter gezielt auf ihre jeweilige Anwendung optimieren – angefangen von den Einstellungen für die schichtweise Geometriezerlegung über Temperaturen bis zum Austrag. Alle diese Prozessdaten lassen sich speichern und analysieren sowie Designs schnell optimieren, um mit dem Freeformer schnell und wirtschaftlich Prototypen und Funktionsbauteile zu produzieren.

Schichtdicke gezielt beeinflussbar

Die Schichtdicke eines freigeformten Bauteils ergibt sich aus der jeweiligen Tropfenhöhe. Sie variiert, auch abhängig von der verwendeten Düse, zwischen 0,14 und 0,34 mm. Die Form der ausgetragenen Tropfen wird maßgeblich durch die Viskosität des Materials beeinflusst. Dies gilt es beim Schichtaufbau zu berücksichtigen. Zur Bestimmung des Volumens eines Tropfens kommt der sogenannte Formfaktor hinzu. Dieser beschreibt das Verhältnis von Breite und Höhe der nicht exakt runden Tropfen. Schichtdicke und Formfaktor hängen also voneinander ab. Dies wird durch mathematische Algorithmen bei der Schichtzerlegung (Slicing) und damit bei der Erstellung des maschinenspezifischen NC-Programms berücksichtigt.

Durch Kenntnis dieser Zusammenhänge wird es möglich, unterschiedliche Gefüge-Eigenschaften gezielt zu erzeugen. So bewirkt beispielsweise eine Verdopplung des Formfaktors, dass einem Tropfen viermal mehr Platz eingeräumt wird. Je dichter hingegen die Tropfen zueinander positioniert, d. h. je dichter die Bauteile „gepackt“ werden, desto höher werden deren mechanische Eigenschaften.

AKF erreicht Zugfestigkeiten bis 97 %

Da sich beim Arburg Kunststoff-Freiformen Tropfengröße und Prozessführung gezielt beeinflussen lassen, ergeben sich individuelle Einstellmöglichkeiten, vergleichbar mit dem Spritzgießen. Je besser der Prozess eingestellt ist, desto besser wird die Qualität des Bauteils.

Wie sich durch Optimierung der Prozessparameter die Oberflächenqualität verbessern lässt, hat Arburg auf den Technologie-Tagen 2017 am Beispiel einer Handyschale aus PA demonstriert. Mechanische Belastungstests mit Grilamid BTR 600 zeigen, dass sich durch eine angepasste Prozessführung im Vergleich zum Spritzgießen Bauteildichten von bis zu 95 % und Zugfestigkeiten von bis zu 97 % erreichen lassen. Zudem kann die Bruchdehnung um ein Vielfaches gesteigert werden.