Frankfurt, 16.11.2018. Die Formnext ist die führende 3D-Druck-Fachmesse mit begleitendem Konferenzprogramm zum Thema Additive Fertigung und ihrer gesamten vor- und nachgelagerten Prozesse. Ein Besuch auf der Formnext ist ein echtes Highlight für Fachbesucher und Technikbegeisterte. Wer aber insgesamt wissen will, was die Branche bewegt und wie die Industrie mit der 3D-Druck-Technik arbeitet, kann sich dort einen guten Überblick verschaffen.
Der Sammelbegriff 3D-Druck steht heute für ein ganzes Bündel von Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren und sich jeweils nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Ihr gemeinsamer Nenner: Alle Verfahren bauen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen. Mit der beliebten DS SOLIDWORKS CAD/CAM Software kann man im Handumdrehen eigene 3D Designs auf dem Bildschirm erstellen. Bezahlbare 3D-Maker für Hobbyisten gibt es mittlerweile neben der Stereolithographie-Maschinen von Prusa Research, von Zotrax und Sharebot. Die Anbieter von Druckmaterial vom FDM-Filament aus verschiedenen Kunstoffen über Harzsysteme bis hin zu Metallpulvern ist deutlich gestiegen, da die additiven Fertigungsverfahren in der Industrie zunehmend nicht mehr nur für den Prototypenbau genutzt werden, sondern auch in der Produktion, was bestimmte Materialeigenschaften erfordert. Dieser Trend war schon im vergangenen Jahr auf der Formnext 2017 deutlich zu erkennen, ebenso das große Interesse an Verfahren, mit denen sich Metallteile produzieren lassen.
Der TRUMPF TruePrint 5000, der mit einem grünen Laser mit Pulsfunktion ausgestattet ist, verarbeitet erstmals Reinkupfer und Edelmetalle, wie Gold und Silber, was neue Anwendungen im Werkzeug- und Formenbau, der Medizintechnik und der Schmuckindustrie eröffnet. Dafür haben die Entwickler den den neuen Scheibenlaser TruDisk 1020 an den 3D-Drucker TruPrint 1000 angebunden. "Herkömmliche Anlagen arbeiten mit einem Infrarotlaser als Strahlquelle. Dessen Wellenlänge ist aber zu groß und kann stark reflektierende Werkstoffe wie Kupfer oder Gold nicht schweißen. Mit dem Laserlicht im grünen Wellenlängenbereich ist das möglich", sagt Thomas Fehn, als Leiter TRUMPF Additive Manufacturing zuständig für Vertrieb. Dies eröffne neue Möglichkeiten für den 3D-Druck, zum Beispiel in der Elektronikbranche oder der Automobilindustrie, so Fehn. "Der 3D-Drucker verschwendet kein teures Gold oder Silber", sagt Fehn.
Mit einer Vorheizung von 500 Grad Celsius, werden Bauteile aus Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil oder Titanlegierungen gedruckt, ohne dass sie reißen oder sich stark verziehen. "Werkzeug- und Formbauer können nun problemlos Umformwerkzeuge, Stempel oder Matrizen drucken. Ohne Vorheizung war das bisher nicht möglich", sagt Tobias Baur, als Leiter TRUMPF Additive Manufacturing zuständig für Technologie. "Das macht den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau attraktiv, denn aus Reinkupfer lassen sich problemlos besonders leitfähige Induktoren oder Wärmetauscher drucken", sagt Baur.
Oft geht es beim 3D-Druck ums Detail: So arbeiten Werkzeug- und Formenbauer häufig mit dem kohlenstoffhaltigen Werkzeugstahl 1.2343. Das Material ist äußerst hart, verschleißfest und führt Wärme besonders gut ab. Allerdings ließ es sich bisher nicht im 3D-Drucker verarbeiten, weil die Bauteile beim Drucken reißen. "Der Laserstrahl schmilzt das Bauteil an der Oberfläche auf, danach herrscht wieder Raumtemperatur. Diesem Temperatursturz hielt das Bauteil bislang nicht stand und es kam zu Rissen", sagt Baur. Die Substratplatte des 3D-Druckers TruPrint 5000 lässt sich deshalb auf 500 Grad vorheizen. Das mildert den Temperatursturz nach dem Laserschmelzen. "Die Materialqualität und die Oberfläche ist bei kohlenstoffhaltigen Stählen deutlich besser als ohne Vorheizung. Das verhindert Brüche im Bauteil", erklärt Baur.
Implantate kommen einsatzfertig aus dem Drucker
Auch für additiv gefertigte Prothesen und Implantate bietet die Vorheizung große Vorteile. "Wenn die Umgebungstemperatur zu stark fällt, verzieht sich das Bauteil und wir müssen es nachbearbeiten. Außerdem benötigen wir oft Stützstrukturen, die wir mühsam auf- und abbauen", sagt Baur. Die Vorheizung der TruPrint 5000 reduziere die Spannungen, steigere die Bearbeitungsqualität und mache in vielen Fällen Stützstrukturen überflüssig. Nachgelagerte Wärmebehandlungen lassen sich oft reduzieren. Das Titan werde zudem belastbarer und die Implantate langlebiger.
purmundus challenge
Ein besonderes Highlight ist der internationale Wettbewerb für Design im 3D-Druck. Bereits zum sechsten Mal wurde die purmundus challange ausgelobt. Die Finalisten wurden auf der formnext ausgestellt. Darunter befand sich eine Bachelorarbeit eines Supersportwagens, der bei Porsche in Stuttgart mit einem 3D Drucker erstellt wurde, der insgesamt 360.000 Farben drucken kann. Ebenso gelungen war ein Unterwasser Jetpack, den man sich zum tauchen auf den Rücken schnallen kann, um eine schnellere Fortbewegung unter Wasser zu ermöglichen.
Die Sandhelden präsentierten die erste 3D-gedruckte Badewanne der Welt. Es ein revolutionäres Technologie- und Designunternehmen aus Bayern, das neuste 3D-Drucktechnologien verwendet, um einzigartige Produkte zu entwickeln. Bisher haben sie sich auf den Markt für Badezimmer und Innenaustattung konzentriert. Dank der verwendeten Technologie können dadurch zum Beispiel Waschbecken oder Badewannen in einem Stück aus Sand ausgedruckt werden. Unterstützt durch die Postprozesse, wie z.B. der Versiegelung, ist es gelungen, sie mit den richtigen technischen Eigenschaften auszustatten, die diese Art von Produkten benötigt. Die Textur, die das Material der Badewanne verleiht, macht sie zu einem besonderen und bisher einzigartigen Designobjekt.
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Auch das vollständig 3D-gedruckte Elektroauto LESV von dem italienischen Hersteller X Electrical Vehicle (XEV) faszinierte die Messebesucher. Der Autobauer kündigte an, dass das Modell LSEV im April 2019 fertig sein wird und zur Auslieferung bereit stünde.
Der 3D-Druck von Fahrzeugen beginnt mit diversen Innitiativen auf dem Automobilmarkt Fuß zu fassen- sei es der autonome Mini-Bus Olli oder das Divergent-Bike. Meistens handelt es sich nur um wenige Bauteile, die per 3D-Druck hergestellt wurden, mit dem Zweck komplexere und leichtere Komponenten zu verbauen.
Der italienische Hersteller erklärte, dass außer dem Fahrgestell, den Sitzen und der Windschutzscheibe alle sichtbaren Teile des Autos gedruckt wurden. Über die verwendete Technologie und die verwendeten Materialien liegen nur wenige Informationen vor. XEV sagt jedoch, dass diese Herstellungsmethode es ermöglicht, die Investitionskosten um 70% zu senken, wodurch es die Möglichkeit erhält, die Produktion seines Autos viel schneller zu starten. Es ist gelungen, von 2.000 Komponenten, die normalerweise für ein Auto benötigt werden, diese auf nur 57 zu reduzieren. Das 3D gedruckte Elektroauto würde angeblich nur 450 Kilo wiegen. „Der traditionelle Prozess der Forschung und Entwicklung für ein Automodell dauert zwischen 3 und 5 Jahren, aber 3D-gedruckte Autos benötigen nur 12 Monate“, sagt Luo Xiaofan, Gründer und CEO von Polymaker, XEVs Filament-Lieferanten. Der italienische Hersteller gibt an 7.000 Vorbestellungen allein in Europa erhalten zu haben.
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