Hans Weber: Innovationskraft im 3D-Druck

Mit mehr als 60 Jahren Erfahrung in der Herstellung von Extrudern für die Kunststofftechnik ist man bei Weber bestens gerüstet für die Additive Fertigung.

Im Bau von Kunststoffextrudern verfügt die Hans Weber Maschinenfabrik in Kronach über mehr als 60 Jahre Erfahrung. Und seit mehr als hundert Jahren entwickelt und produziert das Unternehmen qualitativ hochwertige Holz- und Metallschleifmaschinen. Diese Expertise bietet beste Voraussetzungen für die Entwicklung und Produktion additiver Fertigungssysteme, der sich die Sparte Weber additive seit 2019 mit großem Erfolg und immer neuen Ideen widmet.

Die Weber DX-Serie in 3-Achs-Portalbauweise für großformatigen 3D-Druck auf höchstem technischem Niveau in einer einzigen kompakten Maschine.

Ausgefeilte Technik auf höchstem Niveau

Zum Beispiel die Weber DX-Serie in 3-Achs-Portalbauweise – für großformatigen 3D-Druck auf höchstem technischem Niveau in einer einzigen kompakten Maschine. Sie verfügt über einen etwa 2,5 Kubikmeter großen Bauraum und arbeitet mit einem hochpräzisen, CNC-gesteuerten Achssystem, kombiniert mit einem von Weber speziell für den 3D-Druck entwickelten Extruder. Ein im seitlichen Aggregateschrank untergebrachter Materialtrockner sowie eine automatische Granulatzuführung gehören zum Ausstattungsumfang dieser Turnkey-Maschinenlösung.

Für optimale Prozessstabilität sorgt das standardmäßig verbaute, bis auf maximal 280 °C beheizbare Druckbett. Die Ausführung als Vakuumsystem bietet dem Anwender ein Maximum an Flexibilität. Es gewährleistet eine zuverlässige Anhaftung des zu druckenden Bauteils, was die Herstellung extrem genau macht. Die wechselbaren Extruderdüsen mit Austrittsdurchmessern im Bereich von 1 bis 8 mm liefern perfekte Druckergebnisse mit einer Genauigkeit bis in den Millimeterbereich. Optional ist die Weber DX-Serie mit beheizbarer Baukammer verfügbar, was die Anlage insbesondere für die Verarbeitung von technischen und Hochleistungskunststoffen interessant macht. Zudem kann die Maschine zum Anschluss an eine Absauganlage vorbereitet werden.

Die Kombination aus Composite-Schale und PEI-Versteifungsrippen beim Schalendemonstrator schafft eine bemerkenswert stabile Verbindung und somit ein mechanisch optimiertes Gesamtbauteil.

Direktextrusion mit Industrieroboter

Neben seiner DX-Serie bietet Weber additive auch das robotergestützte DXR-System an. Bei diesen Anlagen bewegt ein 6-Achs-Industrieroboter den Weber Extruder der AE-Serie über die Bauplattform. Der modulare Systemaufbau ermöglicht es, die DXR-Anlage höchst flexibel gemäß individueller Kundenanforderungen zu konfigurieren. Die Weber DXR-Serie ist optional mit einem Aggregate-Raum für Zusatzkomponenten, geschlossener Einhausung und Kameras zur Bauraumüberwachung erhältlich. Zudem ist eine zusätzliche Hardwareausstattung für die nahtlos integrierte Nutzung der Bahnplanungssoftware AiSync von Ai Build wählbar.

DXR-Serie: Ein 6-Achs-Industrieroboter bewegt den Weber Extruder der AE-Serie über die Bauplattform.

Höchst dynamisch

Ideal für den dynamischen Einsatz ist die Weber AE-Serie für die Direktextrusion. Sie ist besonders leicht gebaut, optimiert für variablen Ausstoß und ausgestattet mit starken Servomotoren und kompakter Materialzuführung. Das offene System erlaubt die Verarbeitung einer breiten Palette an thermoplastischen Materialien mit bis zu 450 °C Prozesstemperatur (optional).

Ob es um die Herstellung hochwertiger Prototypen geht, ob Werkzeug- und Formenbau, Hilfs- und Betriebsmittel, Kunstwerke, Theaterkulissen, Messebau oder sogar Möbel und Produkte für die Architektur – die Maschinen von Weber additive kennen kaum Anforderungsgrenzen. Selbstverständlich verarbeiten die Maschinen auch faserverstärkte und recycelte Kunststoffe.

Höchste Prozesssicherheit und flexibel nach individuellen Kundenanforderungen konfigurierbar: Weber DXR-Serie.

Europaweite Forschungsprojekte

Kein Wunder bei so viel Innovationskraft, dass Weber additive auch an europaweiten Forschungsprojekten unter anderem im Fachnetzwerk EmpowerAX beteiligt ist. Das Netzwerk vereint weltweit aktive Lieferanten, Anwender und Maschinenhersteller. Erklärtes Ziel ist es, Entwicklungen im Bereich der Additiven Fertigung gemeinsam voranzutreiben und die Qualitätssicherung zu verbessern. Damit will EmpowerAX dazu beitragen, die additive Materialextrusion mit Fokus auf Faserverstärkung in der industriellen Fertigung zu intensivieren. Die wegweisende Projektarbeit wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR koordiniert. Zu den aktuellen Projekten, an denen Weber additive beteiligt ist, gehört das Aufdrucken auf einer mehrfach gekrümmten Kohlenstofffaser/Epoxid-Schale mit Hochleistungs-Thermoplasten. Bei der Fertigung eines solchen Bauteils ist vor allem die Fähigkeit gefragt, duroplastische und thermoplastische Matrizes sowie kurz- und endlosfaserverstärkte Materialien zu kombinieren. Dadurch lassen sich die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen wie etwa die Steifigkeit gezielt optimieren.

Bemerkenswert stabile Verbindung

Der Demonstrator in diesem Projekt entstand im konventionellen Harzinfusions-Verfahren. Er besteht aus einem 0°/90°-Kohlenstofffasergewebe und einer bei 180 °C ausgehärteten Epoxidharz-Matrix. Zusätzlich ist diese Grundstruktur mit einer funktionalisierten Oberflächenschicht aus Polyetherimid (PEI) versehen. Die Versteifungsrippen hat das Team von Weber additive mit einem DXR-System aufgedruckt. Die Kombination aus Composite-Schale und PEI-Versteifungsrippen schafft eine bemerkenswert stabile Verbindung und somit ein mechanisch optimiertes Gesamtbauteil.

Mittels modernster Topologieoptimierungs-Techniken konnte das Bauteil in einem Design konstruiert werden, das sowohl die Festigkeit als auch das Gewicht optimiert. Eine erste Analyse des Bauteils mit der 3D-EXPERIENCE-Plattform von Dassault Systèmes ergab eine vorläufige Bewertung der Leistung und der strukturellen Integrität des Bauteils. Dabei zeigte sich, dass die von Weber additive aufgebrachten CF/PEI-Rippen durch das kraftflussoptimierte Design eine hohe Festigkeit und Stabilität aufweisen.

Die Herausforderung war, die Rippenstruktur der Schale bei möglichst schnellem Aufdruck weiterer, im besten Fall zusammenhängender Bahnen beizubehalten. Das erforderte eine präzise Einmessung und Ausrichtung im großvolumigen, robotischen 3D-Drucker, um sicherzustellen, dass die CFK-Grundstruktur und die CF-Polymer-Verrippung einen optimalen Formschluss eingehen.

Mit den Ergebnissen hat das EmpowerAX-Konsortium die Erwartungen aller beteiligten Experten übertroffen – und zwar entlang der gesamten Prozesskette, von der Erstellung der Schale über die multiaxiale Bahnplanung für das Aufdrucken bis hin zum Druck der Rippe.

Das Ergebnis des Projekts, der Schalendemonstrator, wurde bereits mehrfach in verschiedenen internationalen Ausstellungen, wie beispielsweise der JEC 2023 in Paris, öffentlich präsentiert.

Mehr Informationen zum Projekt

Hans Weber auf der Formnext: Halle 11.1, Stand C41