AIM3D auf der Rapid.Tech: Der schnelle Weg zur Serienfertigung mit dem Multimaterial-3D-Drucker ExAM 255

Multimaterial-3D-Drucker ExAM 255.

Der Multimaterial-3D-Drucker ExAM 255 kann werkstoffübergreifend (Metall, Kunststoff, Keramik) und verfahrensübergreifend (Hybride Bauteile) eingesetzt werden. Gegenüber den Pulverbettverfahren oder auch anderen 3D-Druck-Verfahren, die auf Materialien mit Filamenten zurückgreifen, erreichen die Anlagen des CEM-Verfahrens Zugfestigkeiten, die an das klassische thermoplastische, formgebundene Spritzgießen heranreichen. Augenfällig ist der Preisvorteil mit dem 3D-Druck, wenn handelsübliche Granulate statt Filamente verwandt werden. Beim Einsatz von Granulaten ergeben sich Preisvorteile bis zum Faktor 10 durch das CEM-Verfahren.

Werkstoffvielfalt beim Multimaterial-3D-Drucken mit einem Pellet-Drucker.

Wettbewerbsfähigkeit beim 3D-Druck mit Granulaten

Die Verwendung von Granulaten beim 3D-Drucken mit Kunststoffen erweist sich vor allem bei Bauteilen mit Fasern als wettbewerbsfähig. Generell unterscheidet man zwischen faserverstärkt (GF) und fasergefüllt (wenn es nur kurze Fasern sind). Zwei Werkstoffe sind aufgrund der Verbreitung in der kunststoffverarbeitenden Industrie besonders interessant: PPS GF40 (Polyphenylensulfid) und PA6 GF30 (Polyamid). Sie verbinden herausragende mechanische Eigenschaften mit Medien- und Temperaturbeständigkeit. Die ExAM 255 greift dabei, als sogenannter Pellet-Drucker, auf handelsübliche Granulate zurück, wie sie auch in der Spritzgießtechnik verwendet werden. Dies ergibt eine sehr wettbewerbsfähige Preisstellung des 3D-Drucks nach dem CEM-Verfahren verglichen mit konventionellen Fertigungsstrategien.

Der Preisvorteil im Materialeinstand für ein verarbeitetes Bauteil bewegt sich je nach Werkstoffgruppe zwischen 80 und 96 Prozent. Solche Bauteile weisen meist eine höhere Dichte mit hohen Zugfestigkeiten auf. Für den Verarbeiter ergibt sich zudem ein hohes Maß an Flexibilität, da das Material nicht modifiziert werden muss. Identisches, zertifiziertes Material bedeutet, gleiche bis vergleichbare Eigenschaften, wie Wärmeleitfähigkeit, Medienresistenz, Dämpfung, mechanische Eigenschaften, Schrumpf oder Dichte. Ergänzend ist eine Langfaserverstärkung mit bis zu 3 mm Faserlänge möglich, bei einem Füllgrad von bis zu 60 Prozent.

Am Materialschliff von PA6 GF30 zeigt sich eine weitere Charakteristik der ExAM 255-Anlage: Sie bietet hohe Folgetreue der Faserorientierung mit den Extrusionsbahnen (Druck der Füllung/Infill +45º/-45º). Die Bahnsteuerung kann während des Druckens zur Festigkeitsoptimierung des Bauteils genutzt werden. Die Wirtschaftlichkeit ergibt sich nicht zuletzt aus den günstigen Maschinenstundensätzen und der hohen Energieeffizienz der 3D-Druckanlage. Die Summe der Charakteristika einer ExAM 255 bietet enorme Vorteile im 3D-Druck, da Polyamid-Anwendungen sehr verbreitet sind und sich hier erstmals ein preisadäquates 3D-Verfahren anbietet.

Bauraum einer ExAM 255 mit zwei Granulat-Extrudern.

Hohe Präzision im 3D-Druck

Entscheidend für Verarbeiter ist die Genauigkeit eines 3D-Druckers. Die ExAM 255 erreicht Genauigkeiten von bis zu 25 µm, natürlich in Abhängigkeit von der Aufbaugeschwindigkeit. Aus der Konstruktion ergibt sich das Maß der Präzision am Bauteil: Im Bauraum der ExAM 255 arbeiten zwei Granulat-Extruder, die über separate Feedstocks mit Material versorgt werden. Der Bauraum selbst misst 255 x 255 x 255 mm³ und ist passiv beheizbar bis 60 ºC. Die Baurate (mit einer 0,4 mm Düse) gibt AIM3D mit bis zu 40 cm³/h, abhängig vom gewählten Material, an.

Multimaterial-Spektrum eröffnet ein hohes Maß an Flexibilität

Bei der Investitionsentscheidung spielt die Flexibilität der druckbaren Werkstoffe eine zentrale Rolle. Die ExAM 255 deckt als Alleinstellungsmerkmal ein sehr breites Spektrum von Werkstoffen ab. In der Werkstoffgruppe Metalle stehen vor allem Stähle, Titan, Buntmetalle und Hartmetalle im Fokus. Bei den Kunststoffen können identische Kunststoffarten auf Granulatbasis gedruckt werden, wie man sie aus klassischen Verfahren kennt. Dazu treten dann noch keramische Anwendungen. Die Materialzuführung der ExAM 255 erfolgt über paarweise angeordnete Materialbehälter (Feedstock) oberhalb des Bauraums der ExAM 255. Diese Anordnung ermöglicht einen Mehrkomponenten-Druck von Polymeren, aber auch Kombinationen von Metall, Kunststoff oder Keramik. Die Optionen dieser Anlagentechnik ermöglichen darüber hinaus eine Verfahrenskombinationen mit hybriden Bauteilen, bei denen eine Komponente klassisch gefertigt wird und eine zweite Komponente gedruckt wird. Dies ergibt viele perfekte Lösungen für nahezu jede industrielle Anwendung.

Referenzen in Instituten und der Industrie

Neben zahlreichen Instituten, die die ExAM255 für das Rapid Prototyping und die Werkstoffforschung einsetzen, verwenden auch bekannte Industriekunden den Multimaterial-3D-Drucker ExAM 255. Darunter finden sich industrielle Anwender, wie Brose, Schunk, Schaeffler oder BASF. Bei diesen Anwendern stehen Klein- und mittlere Serien mittels 3D-Druck im Fokus. Die Akzeptanz bei den Verarbeitern ergibt sich strategisch aus der Verwendung von Serienmaterial. Dies verkürzt die Entwicklungszeiten enorm und die Bauteile orientieren sich optisch und von den Bauteileigenschaften nahe an der Serienfertigung. Auch alternative Bauteil-Konstruktionen mit bionischen Eigenschaften und Leichtbau-Strategien können auf der ExAM 255 erprobt werden.

Ein wesentlicher Vorteil ist zudem die „One-Shot-Technik“: Ein Bauteil wird sukzessive aufgebaut ohne Montageaufwand, auch mit Funktionsintegration. Ein konventionelles Bauteil kann mittels einer additiven Fertigungsstrategie durch Reengineering konstruktiv und funktional optimiert werden. Der besondere Charme des CEM-Verfahrens sind materialhybride und verfahrenshybride 3D-Bauteilgeometrien für ein Höchstmaß an Flexibilität und konstruktiver Freiheit. In Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Präzision und Aufbauraten bietet die ExAM 255 ideale Voraussetzungen, das Additive Manufacturing als Ergänzung konventioneller Fertigungsstrategien zu erschließen.