Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUWas ist die Herausforderung?
Der 3D-Druck eröffnet Ihnen völlig neue Produkt und Fertigungsansätze. Viele 3D-Druckverfahren sind jedoch zu teuer und zu langsam für die Industrie. Hier kommt es darauf an, große Stückzahlen in kurzer Zeit zu wettbewerbsfähigen Kosten zu produzieren. Unser eigens entwickeltes SEAM-Verfahren ist im Vergleich zum herkömmlichen 3D-Druck nicht nur acht Mal schneller, sondern ermöglicht zudem die Verwendung preisgünstigen Standard-Kunststoffgranulats.
Welche Lösung haben wir für Sie?
SEAM steht für Screw Extrusion Additive Manufacturing. Das SEAM-System besteht aus einer extrusionsbasierten Plastifiziereinheit zur Verarbeitung von Kunststoff-Granulat, die mit einem Hexapod kombiniert wurde. Der Hexapod – eine schwenkbare 6-Achs-Parallelkinematik – ist mit einer Bauplattform aus Metall bestückt. Das Hexapod-Bewegungssystem zeichnet sich durch eine hohe Dynamik, geringe bewegte Massen und eine damit einhergehende hohe Positionier- und Bahngenauigkeit aus und ist somit ideal für die Bewegungssteuerung des Extruders geeignet. Neben diesem SEAM-Komplettsystem kann die Plastifiziereinheit aber auch in andere Maschinen und Anlagen integriert werden.
Der Druckprozess erfolgt, indem über eine modifizierte Extrusionsschnecke das Kunststoffgranulat in den Extruder eingezogen und plastifiziert wird. Dabei können Prozessgeschwindigkeiten bis ein Meter pro Sekunde erreicht werden. Die entstehende Kunststoffschmelze wird anschließend schichtweise auf der Bauplattform abgelegt. Dank der Parallelkinematik kann die Bauplattform in X-, Y- und Z-Achse gekippt und so unter der Düse der Plastifiziereinheit entlangbewegt werden, dass die zuvor programmierte Bauteilform in einem realen 5-Achs-3D-Druckprozess nahezu stützstrukturfrei erzeugt wird. Durch den kontinuierlichen Ablageprozess ist die Fertigung großvolumiger, belastbarer Bauteile möglich.
Zum geregelten Drucken in Kurven und Ecken sowie bei Positionssprüngen ohne Materialaustrag ist die Regelung der Austragsleistung in Abhängigkeit der Bahngeschwindigkeit erforderlich. Aufgrund des sehr trägen Plastifizierverhaltens eines Extruders ist eine Volumenänderung über die Extruderdrehzahl nicht sinnvoll möglich. Daher wurde eine vorgeschaltete Einheit entwickelt, die einen geschwindigkeitsabhängigen Materialaustrag zwischen 0 bis 100 Prozent erlaubt.
Im SEAM-Verfahren kann ein rieselfähiges, preisgünstiges Standard-Kunststoffgranulat verarbeitet werden. Dadurch lassen sich im Vergleich zu klassischen Fused-Layer-Modeling (FLM)-Verfahren, wo teures Filament verwendet wird, Materialkosten um das bis zu 200-fache einsparen. Getestet wurden bereits verschiedenste Kunststoffe – von thermoplastischen Elastomeren, Polypropylen bis hin zu Polyamid-6 mit 40 Prozent Kohlenstofffaseranteil (PA 6 CF).
Was steht jetzt konkret zur Verfügung?
Mit dem SEAM-Verfahren bieten wir Ihnen industriellen Highspeed-3D-Druck für Hochleistungskunststoffe an – als Komplettsystem basierend auf einem schwenkbaren 6-Achs-Parallelkinematik-Hexapod oder als Verfahren zur Integration in Ihre Maschinen und Anlagen.
Welche Partner waren an der Entwicklung beteiligt?
- Metrom GmbH
- 1A Technologies UG
