Angewandtes Know-how in der additiven Fertigung

3D-Druck-Technologien erfordern ganzheitliche Unterstützung und breites Wissen

Obwohl der 3D-Druck als Teil der additiven Fertigung in den letzten Jahren in der Welt der industriellen Fertigung und Produktentwicklung immer mehr an Bedeutung gewinnt, bestehen nach wie vor Wissenslücken im richtigen Umgang mit dieser Technologie sowie deren Einsatzmöglichkeiten. Wie diese mit Hilfe des zwischenunternehmerischen Transfers geschlossen werden können, zeigt die Zusammenarbeit zwischen dem Steinbeis-Beratungszentrum IMAPS Institut für Materialanwendungen & 3D-Druck-Lösungen und der Apium Additive Technologies GmbH im Steinbeis-Haus Karlsruhe.

3D-Druck hat sich vom Einsatz in Heimanwendungen, wo simple Modelle und Schlüsselanhänger gedruckt wurden, zu einer ernstzunehmenden Technologie mit disruptivem Charakter entwickelt. Darunter werden aktuell sieben unterschiedliche Möglichkeiten und Technologien verstanden, um Objekte additiv fertigen zu können. Mit der additiven Fertigung ist das Auftragen von Material auf eine freie Oberfläche gemeint, um auf diese Weise ein Bauteil zu erzeugen. Im Gegensatz dazu stehen die konventionellen abtragenden Verfahren, wie zum Beispiel das Fräsen, welche zunächst ein Halbzeug benötigen, um anschließend Material davon zu entfernen bis das gewünschte Objekt entsteht. Hier zeigen sich bereits die Vorteile von 3D-Druck-Technologien und der additiven Fertigung: Zeit und Materialkosten werden gespart, da nahezu nur das Material im Arbeitsprozess eingesetzt wird, das auch im Bauteil landet.Jede 3D-Druck-Technologie nutzt unterschiedliche Werkzeuge, die sie in den jeweiligen 3D-Druckern vereint. Diese unterscheiden sich wiederum in Toleranz, Genauigkeit und Materialkompatibilität voneinander. Auf einen Neuling in der Welt des 3D-Drucks kommen also eine Menge an Möglichkeiten und damit verbundenen Entscheidungen zu. Welche Technologie und welches Werkzeug nun die Richtigen sind, ist für einen Einsteiger nicht ohne Weiteres klar zu erkennen. Viele Faktoren spielen eine kritische Rolle bei der Fülle an Möglichkeiten die richtige Auswahl zu treffen. Eine vereinfachte Herangehensweise sieht folgendermaßen aus: Zunächst sollte identifiziert werden, für welche Anwendungen der 3D-Druck beziehungsweise die additive Fertigung eingesetzt werden soll. Dazu ist es hilfreich die unterschiedlichen Branchen, wie Automotive, Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Medizin, Öl & Gas oder Forschung & Entwicklung, näher zu betrachten, um so die erste Vorauswahl in Bezug auf die Rahmenbedingungen der jeweiligen Branche treffen zu können. Diese Bedingungen ergeben sich anhand von Restriktionen hinsichtlich verwendeter Materialien, vor allem in sicherheitskritischen und medizintechnischen Anwendungen, der Genauigkeit und Toleranz sowie mechanischer Eigenschaften.Daher ist der Weg über eine konkrete Anwendung am sinnvollsten, denn in diesem Fall sind die oben genannten Rahmenbedingungen meist schon festgelegt. Allerdings sollte bedacht werden, dass der 3D-Druck andere Anforderungen an das Design eines Bauteils hat als zum Beispiel CNC-Fräsen oder der Spritzguss. Davon sollte man sich jedoch nicht abschrecken lassen. An diesem Punkt ist es vor allem als Einsteiger im 3D-Druck hilfreich von den erfahrenen Experten auf dem Gebiet der additiven Fertigung unterstützt zu werden, die einen Überblick über den teils unübersichtlichen Markt haben. Daher hat sich das Steinbeis- Beratungszentrum IMAPS zum Ziel gesetzt, seinen Kunden eine ganzheitliche Beratung zur additiven Fertigung mit 3D-Druck-Technologien anzubieten: von der Beratung zu konkreten Projekten und Identifizierung von Anwendungen über Grundlagenkurse und individualisierte Schulungen zu 3D-Druck-Technologien bis hin zur Implementierung sowie Optimierung von 3D-Druck-Werkzeugen und deren Integration in den Arbeitsablauf. Das Steinbeis-Unternehmen hat seinen Sitz am Technologie-Standort Karlsruhe und arbeitet gemeinsam mit Experten aus Industrie und Forschung an Lösungen für Anwender. Auf diese Weise wird der Einstieg in die 3D-Druck-Welt für Neulinge vereinfacht und fortgeschrittenen Anwendern die Möglichkeit geboten, das Optimum zu erreichen.Ursprünglich wurde IMAPS als Beratungseinheit für die Apium Additive Technologies GmbH, den Pionier für den 3D-Druck mit Hochleistungspolymeren wie PEEK (Polyetheretherketon), gegründet. Doch bereits in den Anfängen zeigte sich, dass eine ganzheitliche Beratung über sämtliche Technologien notwendig ist, und das Dienstleistungsangebot des Steinbeis-Unternehmens entwickelte sich entsprechend weiter. Apium bleibt aber weiterhin ein starker Partner von IMAPS, denn auch bei ihr spielt Wissenstransfer eine essenzielle Rolle. Ein gelungenes Beispiel für den Wissens- und Technologietransfer zwischen diesen beiden Unternehmen stellt die gemeinsame Case Study im Rahmen eines Beratungsprojektes zu additiv gefertigten Formeinsätzen dar. Das Ziel war es, mit Hilfe von Apium-Technologie den Zeit- und Kostenfaktor bei der Fertigung von Formeinsätzen zu optimieren, was in einer kosten- und preisgetriebenen Umgebung, in der sich der Spritzguss befindet, essenziell ist.

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass dank der P-Serie von Apium und dem Apium P220, einem Hochleistungspolymer-3D-Drucker für das additive Schmelzschichtverfahren, Polymere wie PEEK oder Verbundwerkstoffe, die beispielsweise mit Kohlenstofffasern verstärkt sind, verarbeitet werden können. Durch die Nutzung von 3D-Druck und dem Einsatz des P220 von Apium mit kohlenstofffaserverstärktem PEEK (Apium CFR PEEK) konnten die Kosten für Spritzguss-Formeinsätze um 70% gesenkt werden. Auch der Zeitaufwand konnte auf ein Drittel der herkömmlichen Fertigung reduziert werden.

Kontakt

Tony Tran-Mai ist Leiter des Steinbeis-Beratungszentrums IMAPS Institut für Materialanwendungen & 3D-Druck-Lösungen. Das Dienstleistungsangebot des Steinbeis-Unternehmens umfasst die Applikationsberatung für Additive Fertigungsverfahren, die Auswahl geeigneter 3D-Druck-Systeme und Materialien für individuelle Bauteilvorhaben, die Entwicklung von Einführungsstrategien in bestehenden Unternehmen sowie Seminare, Trainings und Workshops zu additiver Fertigung.

 

Steinbeis-Beratungszentrum IMAPS Institut für Materialanwendungen & 3D-Druck-Lösungen (Karlsruhe)
www.steinbeis-imaps.de

 

 

 

 

 

Pinar Karakas, Tobias Grub und Philipp Renner sind Mitarbeiter der Apium Additive Technologies GmbH. Das Unternehmen bietet seinen Kunden Produkte und Lösungen für die Verarbeitung von Hochleistungspolymeren mit dem 3D-Druckverfahren Fused Filament Fabrication.