Wie der igus-3D-Druck-Service für langlebige Kunststoffbauteile Kosten senkt und die Ökobilanz verbessert

Der Online-3D-Druck-Service von igus kann neben einer Preisberechnung und der Machbarkeitsanalyse auch die Lebensdauer von individuell gefertigten Sonderbauteilen in wenigen Sekunden vorhersagen.

Die Spannung steigt: Nur noch wenige Sekunden, dann ist der DLP-Drucker mit seiner Arbeit fertig. Jonas Burk, Leiter Geschäftsbereich Additive Fertigung beim Kölner Unternehmen igus, öffnet die Tür und zeigt auf ein winziges graues Zahnrad, dessen Zähne mit einer Länge von weniger als einem halben Millimeter mit dem Auge kaum erkennbar sind. Gefertigt ist das Miniaturbauteil aus flüssigem Harz von einem 3D-Drucker, der das Druckmaterial schichtweise mit UV-Licht aushärtet und dabei eine Auflösung von 0,035 mm erreicht.

„Wir stellen das Zahnrad in einer Kleinserie im Auftrag eines Messtechnikherstellers her, der besonders hohe Ansprüche an die Robustheit und Verschleißfestigkeit stellt“, erklärt Burk. „Wir haben für diese Fälle ein eigenes 3D-Druck-Resin speziell für den DLP-Druck von Verschleißteilen entwickelt. Dieses Material ermöglicht die additive Fertigung besonders kleiner und präziser Bauteile mit einer bis zu 60-fach höheren Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen 3D-Druck-Harzen.“

Sonderbauteile, Prototypen und Kleinserien

igus, seit 1964 spezialisiert auf die Herstellung von Kunststoffbauteilen im Spritzgussverfahren, hat das Potenzial des industriellen 3D-Drucks für Sonderbauteile, Prototypen und Kleinserien frühzeitig erkannt. „Früher war es unwirtschaftlich, Sonderbauteile, Prototypen oder Kleinserien z.B. im Spritzgussverfahren zu fertigen, weil sich die vergleichsweise zeitaufwendige und teure Herstellung von Gussformen in der Regel erst bei größeren Serien amortisierte – besonders bei Bauteilen mit komplexen Geometrien. Ein ähnliches Problem besteht bei klassischen Fertigungsverfahren wie dem Drehen und Fräsen. Der 3D-Druck hat hier die Karten völlig neu gemischt“, betont Burk. Denn die Drucker brauchen keine Werkzeuge und Formen, sondern lediglich eine Datei mit dem Modell des gewünschten Produkts. Sie können dann sofort mit der Arbeit beginnen und selbst die komplexesten Geometrien schichtweise aufbauen.

„Nicht nach mehreren Wochen, wie bei traditionellen Fertigungsverfahren meist üblich, sondern schon nach wenigen Tagen halten Einkäufer die Bauteile in ihren Händen. Sie sparen somit wertvolle Entwicklungszeit und reduzieren gleichzeitig die Einkaufskosten um ein Vielfaches.“ Der Druck-Service trage darüber hinaus dazu bei, Lagerkosten zu senken, da er eine schnelle On-Demand-Produktion ermöglicht.

Diese Vorteile erkennen laut Burk immer mehr Betriebe aus allen Industriezweigen, von der Medizintechnik über die Luft- und Raumfahrt bis hin zum Automobilsektor. Mittlerweile 300.000 Bauteile fertigt der 3D-Druck-Service von igus pro Jahr. Dazu zählen große Zahnräder für Feuerwehrlöschfahrzeuge, filigrane Komponenten für medizinische Geräte und maßgeschneiderte Fingergelenke für Hand-Exoskelette.

Das 3D-Druck-Resin iglidur i3000 macht den DLP-Druck besonders langlebiger Verschleißteile im Millimeterbereich möglich.

Additive Fertigung und die Ökobilanz

Der 3D-Druck trägt auch dazu bei, die Ökobilanz von Produkten zu verbessern. Denn anders als bei abtragenden Verfahren wie dem Fräsen wird bei der Additiven Fertigung nur so viel Material verwendet, wie tatsächlich benötigt wird. Darüber hinaus kann der 3D-Druck in vielen Fällen energieeffizienter sein als traditionelle Fertigungsmethoden. „Es ist dank des schichtweisen Aufbaus zudem problemlos möglich, selbst die komplexesten Geometrien herzustellen, die klassische Verfahren an die Grenzen des technisch Machbaren bringen“, sagt Burk. „Denkbar sind beispielsweise bionische Materialaussparungen in Bauteilen für Flugzeuge und Fahrzeuge, sodass diese Gewicht einsparen und ihre Emissionen reduzieren können.“

Ökologisch vorteilhaft ist darüber hinaus, dass igus Festschmierstoffe in die 3D-Druck-Materialien integriert. 3D-gedruckte Gleitlager ermöglichen dadurch einen reibungsarmen Trockenlauf ohne externe Schmiermittel, die meist aus fossilen Rohstoffen hergestellt sind und bei nicht fachgerechter Entsorgung schnell zur Umweltbelastung werden.

Onlinetool für 3D-Druck

Damit Einkäufer das 3D-gedruckte Bauteil schnellstmöglich in Händen halten können, hat igus ein Onlinetool entwickelt. Anwender können dort ein CAD-Modell ihres Bauteils hochladen. Das Tool zeigt daraufhin die Fertigungsmöglichkeiten und passenden Materialien an und gibt Auskunft über Machbarkeit, Kosten und Lieferzeit. Da es auf die Daten von ausführlichen Testreihen aus dem hauseigenen, 4.000 m2 großen Prüflabor zugreift, kann das Tool sogar die Lebensdauer prognostizieren und Einkäufern somit Investitions- und Planungssicherheit geben.

Sobald der Anwender das Bauteil in Auftrag gegeben hat, beginnt der Druckservice mit der Arbeit. Zur Verfügung stehen dabei drei verschiedene Verfahren: FDM, SLS und DLP. Beim Fused Deposition Modeling (FDM) werden durch Düsen bis zu vier verschiedene schmelzfähige Kunststoffe schichtweise aufgetragen. Beim Selective Laser Sintering (SLS) tragen die 3D-Drucker mit einem Rakel Kunststoffpulver schichtweise auf eine Bauplattform auf, um es mit einem Laser punktuell dort aufzuschmelzen, wo das Bauteil entstehen soll.

Dieser Prozess ist so präzise, dass sich sogar dünne Wandstärken von nur 0,7 mm realisieren lassen. Beim Digital Light Processing (DLP) hingegen härten die 3D-Drucker Schichten von Kunstharz in einem Becken mit UV-Licht aus. Dieses vergleichsweise neue Verfahren erreicht eine Druckauflösung von sogar 35 µm (0,035 mm) und eignet sich besonders für kleine Zahnräder und Sonderbauteile, die filigrane Aussparungen, innere Kanäle oder feinste Bohrungen benötigen. Burk: „Diese Vielfalt an Verfahren stellt sicher, dass wir flexibel auf die spezifischen Bedürfnisse unserer weltweiten Kunden eingehen können.“

Längere Lebensdauer von Bauteilen

Das Besondere am 3D-Druck-Service von igus sind allerdings nicht die Drucker selbst, sondern die speziell entwickelten Druckmaterialien für die Industrie, in die das Unternehmen kontinuierlich investiert. igus hat in den letzten Jahren diverse Druckmaterialien entwickelt, die industrielle Anforderungen wie Temperaturbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Lebensmittelverträglichkeit erfüllen. „Unsere Filamente, Pulver und Kunstharze sind weltweit einzigartig, da sie gezielt entwickelt wurden, um Reibung und Verschleiß in industriellen Anwendungen zu reduzieren“, erläutert Burk. Sie bieten Schmier- und Wartungsfreiheit durch integrierte Festschmierstoffe, eine erheblich höhere Lebensdauer als herkömmliche Kunststoffe wie POM, ABS oder Nylon und erreichen eine vergleichbare Robustheit und Präzision wie Bauteile aus dem Spritzguss.

Kunden können mit einer bis zu 50-mal längeren Lebensdauer, als bei herkömmlichen 3D-Druckmaterialien rechnen. „Für Einkäufer bietet der igus 3D-Druck-Service somit eine Kombination aus spezialisierten langlebigen Materialien, schneller Lieferung und zusätzlichen Services wie der Lebensdauerberechnung. Das führt zu Kosteneinsparungen, erhöhter Flexibilität, verbesserten Produkteigenschaften und einer optimierten Ökobilanz.“