Mit dem Queen 1 von Q.BIG 3D zur schnellen Time-to-Market-Strategie

Verkleidungsbauteil von Daimler.

Dennis Herrmann
CEO und Gründer von Q.BIG 3D

„Durch einen 3D-Druck im XXXL-Format bei hohen Aufbaugeschwindigkeiten und dem Einsatz von handelsüblichem Kunststoffgranulat ergeben sich neue Horizonte in puncto Wirtschaftlichkeit, Wertschöpfung und Nachhaltigkeit.“

Der 3D-Extrusions-Drucker Queen 1 druckt übergroße Polymer-Bauteile für den Anlagen- und Maschinenbau, bei Automotive für Nutzfahrzeuge und Landmaschinen bis hin zu ergonomischen und medizintechnischen Produkten. Der 3D-Extrusions-Druckkopf mit variablen Düsendurchmessern ermöglicht es, feine Oberflächen zu drucken und dennoch bis zu 40-mal schneller zu sein – verglichen mit dem 3D-Druck mit Filamenten. Basis dieser Anlagentechnik ist das VFGF-Verfahren (Variable Fused Granular Fabrication) der Additiven Fertigung. Insbesondere bei kleinen und mittleren Serien von großvolumigen Bauteile schlagen sich die Werrkzeugkosten überproportional in den Stückkosten nieder. Daher ergeben sich im konventionellen Spitzgießen Grenzen der Wirtschaftlichkeit. Bisherige 3D-Druck-Strategien basieren auf dem Einsatz von Kunststoffgranulaten mit Filamenten. Die Anlagentechnik von Q.BIG 3D hingegen verarbeitet handelsübliche Kunststoffgranulate ohne Filamente mit einem Preisvorteil um ca. Faktor 7 bezogen auf die kg-Einstandspreise des Ausgangsmaterials. Dennis Herrmann, CEO und Gründer von Q.BIG 3D: „Durch einen 3D-Druck im XXXL-Format bei hohen Aufbaugeschwindigkeiten und dem Einsatz von handelsüblichem Kunststoffgranulat ergeben sich neue Horizonte in puncto Wirtschaftlichkeit, Wertschöpfung und Nachhaltigkeit.“

Großflächiges 3D-Druck-Bauteil mit Coating

Flächige Bauteile zur Verkleidung in Automotive

Bei Nutzfahrzeugen und Landmaschinen werden zur Verkleidung großformatige Kunststoffteile eingesetzt. Je größer das Bauteil ist und je kleiner die Serie geplant ist, desto stärker schlagen sich die Werkzeugkosten in der Kalkulation der Stückkosten nieder. Dieses Dilema umgeht eine 3D-Druck-Strategie mit der Anlagentechnik von Q.BIG 3D, die zudem den Vorteil des Einsatzes handelsüblicher Kunststoffgranulate ohne Filamente bietet. Referenzteile fertigen Knauss Tabbert, John Deere und Daimler. Das VFGF-Verfahren ermöglicht feine Sichtflächen und genaue Lagetoleranzen bei geringen Spaltmaßen, also hohe Maßhaltigkeit. Zudem ergibt sich eine gute Spachtel- und Lackierarbeit der Oberflächen und der Entfall von Nachbearbeitungen. Durch die Freiheitsgrade in der Konstruktion werden ergomomische Geometrien möglich. Außerdem kann Material eingespart werden, was einen gesteigerten Leichtbau ermöglicht. Konventionelle Bauteile hingegen müssen als GFK oder CFK-Bauteile formgebunden gefertigt werden, was die Entwicklungszeiten und die Kostenstruktur erhöht. Für die Konstrukteure interessant ist, neben der Geometriefreiheit mit extremen Hinterschnitten, die in der Spritzgießtechnik nicht darstellbar sind, ein schnelles Redesign zur Optimierung der Bauteile.

3D-Druck von Kunststofftanks für Wassermedien

Die Additive Fertigung mittels VFGF-Verfahren mit dem 3D-Extrusionsdrucker Queen 1 von Q.BIG 3D bietet sich vor allem für Kunststofftanks zur Reinigung oder Wasserbereitstellung an. Die Geometriefreiheit einer AM-Strategie eignet sich ideal, um den Kunststofftank optimal ergonomisch zu konstruieren. Als Referenzen werden Bauteile für John Deere und Kärcher hergestellt. Anforderungen sind hier dickwandige, wasserdichte, medienresistente HD-PE-Bauteile mit Wandstärken um 8 mm. Gegenüber klassischen Verfahren, wie Rotationsgießen oder Extrusionsblasen punktet die AM-Strategie mittels der Queen 1-Anlagentechnik mit dem Entfall der Werkzeugkosten, niedrigem Investitionsrisiko und Entfall von Nachbearbeitungskosten. Weiterhin bietet diese Strategie auch Vorteile gegenüber konkurrierenden AM-Strategien wie SLS- oder FDM-Druck, da diese zum Verkleben neigen. Dies bedeutet oft Nachteile bei Funktionalität, Dichtigkeit und Maßhaltigkeit aufgrund von Toleranzungenauigkeiten. Zudem ist eine Einfärbung der Tanks in Grau, Anthrazit oder Schwarz möglich.

AM-Strategie bei Befestigungselementen

Ein weiteres Anwendungsgebiet für den 3D-Großdrucker Queen 1 sind Befestigungselemente, sogenannte Fixtures. Kunden von Q.BIG 3D sind u.a. Carl Zeiss Fixtures und Benteler. Die Anforderungen der Anwender sind hohe Lagetoleranz der Referenzpunkte (<+/- 0,2 mm) durch Insert-Komponenten, wie Hebel, Stifte oder Halter, meist aus Metall, rasche Verfügbarkeit ohne Werkzeuge und preisliche Wettbewerbsfähigkeit. Konventionell werden bislang Aluminium-Profile eingesetzt, die sich negativ auf den CO2-Fußabdruck auswirken, aufwendig in der Montage sind und dies bei höheren Kosten. Das von Q.BIG 3D hingegen eingesetzte Material PLA gilt als besonders umweltfreundlich und bioabbaubar. Polylactid (PLA) ist ein auf nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr oder Mais basierender Polyester. Der CO2-Fußabdruck der Anwendungsfälle konnte durch den Einsatz der Anlagentechnik von Q.BIG 3D um bis zu 97 % reduziert werden. Weitere Vorteile sind Leichtbau, geringere Transportkosten, kein Nachbearbeitungsaufwand, leichteres Handling der Fixtures durch Produktionsmitarbeiter, deutliche Reduzierung des Konstruktionsaufwandes und vor allem die Maßhaltigkeit der Kontaktpunkte. Auch hier ermöglicht diese AM-Strategie kürzere Time-to-Market-Optionen bzw. die Verfügbarkeit der Fixtures.

Q.BIG 3D auf der Formnext 2023: Halle 11.1, Stand C51