Startseite / Ausgabe 1(2004) / Neue Dimensionen in der 3D-Drucktechnologie
Artikelaktionen

No section

Neue Dimensionen in der 3D-Drucktechnologie

  1. Prof. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, Berlin
  2. Dipl.-Ing. Philip Elsner Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, Berlin
  3. Dr.-Ing. Ingo Ederer Voxeljet Technology GmbH

Zusammenfassung

Die heute kommerziell verfügbaren generativen Fertigungsverfahren und deren Folgeprozesse ermöglichen die Verarbeitung einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe. Bei der Herstellung von funktionalen Prototypen werden die Leistungsgrenzen dieser Technologien jedoch schnell erreicht, sodass Kompromisse und Einschränkungen beim Einsatz der Prototypen in Kauf genommen werden müssen. Die Gründe hierfür liegen bei den sehr hohen Anforderungen, die sowohl an das Serienteil als auch an die Prototypen gestellt werden. Alle Forderungen bezüglich der mechanischen, topographischen und physikalischen Eigenschaften zu erfüllen, ist aus technologischer Sicht nicht möglich, da die RP-Verfahren nicht die Fertigungsbedingungen in der Serienproduktion abbilden können. Um dennoch der steigenden Nachfrage speziell der kunststoffverarbeitenden Industrie nach serienidentischen Prototypen und funktionalen Kleinserien nach zu kommen, wurde ein neues Werkstoff-, Technologie- und Maschinenkonzept basierend auf der 3D-Drucktechnologie entwickelt.

Keywords

1. Einführung

In der Automobilindustrie geht die Entwicklung seit einigen Jahren Richtung individualisierter Produkte bei gleichzeitig sinkender Stückzahl. Bestand bei BMW z.B. Anfang der Siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts die gesamte verfügbare Produktpalette noch aus drei Modellreihen mit jeweils 2 – 3 Motorisierungen, so sind es in 2000 bereits 6 verschiedene Plattformen für die 3er Reihe mit jeweils 3 – 6 unterschiedlichen Motorisierungen. Die unterschiedlichen Ausstattungsvarianten nicht mitgerechnet. Dieser Trend setzte sich außerhalb der Großserienmodelle auch in Nischenprodukten wie den verschiedenen Sportwagen, Cabrios und Luxuskarossen weiter fort. Für diese Produktionsanforderungen sind unsere heutigen Fertigungsmethoden eigentlich nicht geeignet, da sie stark auf Massenproduktion hin ausgelegt sind. So fallen in der Regel hohe Werkzeugkosten an, die bei großen Stückzahlen auf die Einzelteile umgelegt, kaum ins Gewicht fallen.

Fertigungsverfahren, die auf den neuen Rapid-Technologien basieren könnten hier eine deutliche Kostenreduktion bringen, da sie komplett auf Werkzeuge verzichten. D.h. die eigentlichen Bauteile werden direkt vom Datensatz aus her erzeugt. Dies bringt noch weitere Vorteile mit sich: so fällt die Zeit bis zur Bereitstellung der Werkzeuge weg. Lieferzeiten können deutlich reduziert werden. Auch die Bereitstellung der Werkzeuge und Rüstkosten bei Fertigung geringer Losgrößen mit vereinzelten Abrufen entfällt, da stets auf Abruf –on demand- gefertigt werden könnte. Zuletzt würde sich auch die Ersatzteilversorgung grundlegend ändern, da nur noch Datensätze vorgehalten werden müssten.

Abb.1 Entwicklung der Variantenvielfalt bei BMW (Quelle: BMW

Der Einsatz der Rapid-Technologien hängt jedoch vielfach von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Applikation ab.

6. Lösungskonzept 3D-Drucktechnologie

In dem vom BMBF geförderten Projekt „Proprint“ wurden nun Lösungen zu den oben genannten Problemkreisen auf Basis der 3D-Druckertechnologie entwickelt.

Die 3D-Drucktechnologie als eine vielversprechende generative Fertigungstechnologie ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit Genauigkeiten, die von anderen generativen Verfahren kaum bzw. gar nicht erreicht werden können. Die derzeit verfügbaren Systeme erlauben jedoch nur die Verarbeitung von einem Wachs ähnlichen Polymer sowie von Photopolymeren. Die damit hergestellten Prototypen finden aufgrund ihrer thermischen und mechanischen Eigenschaften nur in wenigen Industriezweigen Anwendung. Es werden zum Beispiel mit diesem Verfahren sehr filigrane Wachslinge für den Feinguss hergestellt, die hauptsächlich von der Schmuck- und Uhrenindustrie zur Umsetzung von Designstudien und aufwendigen Einzelstücken eingesetzt werden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde die piezobasierte drop-on-demand Technologie für den Einsatz eines breiten Werkstoffspektrums weiterentwickelt. So konnte die Dosierbarkeit technischer Duroplaste mittels Tropfenerzeuger demonstriert werden.

Das Anlegen einer Spannung an ein piezokeramisches Element führt zu einer Längenänderung, welche über eine Membran in Form eines Impulses an das Fluid weitergegeben wird. Dieser Impuls führt schließlich am Düsenausgang zu einem Materialaustrag und bei ausreichend eingekoppelter Energie zur Ablösung eines Tropfens.

Abb. 3: Schematischer Ablauf eines Tropfenausstoßes nach der piezobasierten drop-on-demand Technologie

Der Modellaufbau erfolgt über das sukzessive Ablegen einzelner Materialtropfen mit einem Durchmesser von ca. 0,075 mm in definierten Abständen, so dass sich eine geschlossene Flächenstruktur und bei Überlagerung mehrerer Schichten ein Volumenmodell ergibt.

Die dabei erzielbare Produktivität liegt deutlich über der vergleichbarer RP-Verfahren.

Volltext

Volltext als PDF. ( Größe: 184.2 kB )

Lizenz

Jedermann darf dieses Werk unter den Bedingungen der Digital Peer Publishing Lizenz elektronisch über­mitteln und zum Download bereit­stellen. Der Lizenztext ist im Internet unter der Adresse http://www.dipp.nrw.de/lizenzen/dppl/dppl/DPPL_v2_de_06-2004.html abrufbar.