Kabelklemme mit Klick-Effekt (Bildquelle: Arburg)

Die additiv gefertige Kabelklemme mit Klick-Effekt zeigte Arburg auf der Fakuma 2017. (Bildquelle: Arburg)

Der noch junge Markt der additiven Fertigung ist ständig in Bewegung und „erlebt gerade im Geschäft mit 3D-Druckern global eine Schwerpunktverlagerung“, wie Formlabs, Berlin, mitteilt. Danach „haben der Markt und seine Akteure einen neuen Reifegrad erreicht. Der aktuelle Tenor ist: vom Rapid Prototyping hin zum Rapid Manufacturing.“ Diese Entwicklung bewertet Arburg, Loßburg, ebenso und teilt mit, dass „die additive Fertigung derzeit den Weg in die industrielle Anwendung findet. Individuell gefertigte Kunststoffteile für Konsumgüter, medizinische Einzelteile wie Implantate und Kleinserien sowie funktionale Ersatzteile sind nur drei von vielen Bereichen, für die additive Fertigung prädestiniert ist. Darüber hinaus können damit zum Beispiel auch kostengünstig Betriebsmittel, wie Montagevorrichtungen und Greifer für die Automation, schnell und flexibel gefertigt werden. Derzeit werden additive Fertigungssysteme noch hauptsächlich für die Produktion funktionaler Prototypen genutzt. Darüber hinaus lassen sich mit offenen Systemen wie dem  Arburg-Kunststoff-Freiform-Verfahren (AKF) und Freeformer aber auch kurzfristig und wirtschaftlich Funktionsbauteile aus Originalmaterial herstellen. Mit zunehmendem Know-how und dank der Möglichkeit, qualifizierte Standardgranulate wie beim Spritzgießen einsetzen zu können, steigt der Anteil von Serienprodukten.“


Big Rep will sich zum führenden Anbieter von additiven Fertigungsverfahren entwickeln. Jetzt wurde der Körber-Konzern als neuer Investor gewonnen. (Bildquelle: Wladimir1804/Fotolia)

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Marktübersicht Maschinen und Geräte für industriellen 3D-Druck und additive Fertigung

Der Begriff 3D-Drucker umfasst hier alle Geräte und Maschinen, mit denen Teile aufbauend erstellt werden können. Diese Teile können Modelle, Prototypen, Kleinserienteile, Serienteile in unbegrenzter Zahl, Prototypen-Werkzeuge, Werkzeug-Einsätze und andere Produkte sein. Verarbeitbare Materialien sind neben Kunststoffen auch Metalle, Keramik, Holz und andere Werkstoffe. Damit folgt die Definition der Drupa 2016.
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Formlabs sieht den „Markt rund um den 3D-Druck sich rasant entwickeln und hart umkämpft. Immer wieder treten neue Produkte und Unternehmen auf die Bildfläche.“ Dies lässt sich auch daran festmachen, dass nahezu im Wochenabstand einschlägige technische Nachrichtenpublikationen über in das Gebiet einsteigende Firmen und neue Produkte berichten, wobei der Schwerpunkt allerdings im Metallsektor liegt, der bisher in dieser Online-Marktübersicht unterrepräsentiert ist. Formlabs führt weiter aus, dass „es gilt, hochauflösenden 3D-Druck insbesondere solchen Nutzern zugänglich zu machen, für die 3D-Druck betriebsintern bisher gar nicht oder nur bedingt wirtschaftlich war. Ganzheitliche Lösungen sind fachspezifischen Nutzern anzubieten.“ Damit gemeint ist, dass „3D-Drucker, Materialien und Software über die gleiche hohe Leistungsfähigkeit verfügen, den besten Kundendienst miteinbegriffen. Viele innovative Anwendungen, in der Produktentwicklung ebenso wie im Gesundheitswesen, fallen und stehen mit funktionalen Materialien.“ Diesen Gesichtspunkt hat vor allem Arburg bei der Entwicklung des AKF-Verfahrens verfolgt, „das auf flüssigen Kunststofftropfen basiert. Ausgangsmaterial ist qualifiziertes Standardgranulat, das wie beim Spritzgießen zunächst in einer Plastifiziereinheit mit spezieller Schnecke aufgeschmolzen wird.“ Mit diesem „offenen System“ lassen sich Originalwerkstoffe verarbeiten mit „völlig neuen Möglichkeiten für den Einsatz der industriellen additiven Fertigung“ und deren Prozessintegration, worauf schon im vergangenen Jahr hingewiesen wurde.


Bildergalerie 3D-Drucker

 

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3D-Drucker: Maschinen und Geräte für die additive Fertigung

Der Makerbot Replicator von Makerbot, New York, gehört zu den bekanntesten 3D-Druckern. Auch wenn der Name anderes suggeriert: Statt heißem Zitronentee serviert dieser Replikator nur Objekte aus ABS oder PLA, die er mittels FDM-Verfahren herstellt. (Bildquelle: Makerbot)

Materialvielfalt fördert Bedeutung der additiven Fertigung

Weiter berichtet Arburg, dass, „gerade bei der Fertigung von „echten“ Funktionsbauteilen und Kleinserien die additive Fertigung (AM) mit zunehmender Materialvielfalt an Bedeutung gewinnt. Für das AKF-Verfahren hat sich das Spektrum an verarbeitbaren Materialien deutlich erweitert.“ So sind neben Standard-Kunststoffen wie ABS, TPU, PC und amorphem PA 12 und den schon im Vorjahr angeführten Materialien „resorbierbares medizinisches PLA (Resomer), biologisch abbaubares PHA (Arboblent) und Hochtemperatur-Kunststoff PEI (Ultem 9085) weiches TPE mit bis zu 32 Shore A, speziell für die Luft- und Raumfahrt zugelassenes PC (Lexan 940) und teilkristallines PP (Moplen)“ hinzugekommen. Darüber hinaus berichtet Arburg von der „Entwicklung neuer Stützmaterialien“ und verweist auf die erstmals erfolgte Verarbeitung von teilkristallinem PP zusammen mit dem speziell für diesen Werkstoff entwickelten wasserlöslichen Stützmaterial Armat 12. Mit Armat 21 steht zudem seit Mai 2017 ein laugenlösliches Stützmaterial zur Verfügung, das thermisch beständig und formstabil ist.“

Makerbot, Brooklyn, USA, berichtet zur Entwicklung von mit 3D-Druckern verarbeitbaren Materialien, dass „mit dem Tough PLA Designer und Ingenieure die Grenzen reiner Konzept-Modellierung überschreiten und langlebige, funktionale Prototypen und Vorrichtungen mit hoher Schlagfestigkeit erschaffen können.“ Dieses Material „ist ein widerstandsfähiger und starker Kunststoff, der viele der mechanischen Eigenschaften des Materials ABS nachahmt oder sogar übertrifft, während er die Zuverlässigkeit und Qualität von PLA-Filament bietet.“ Zu ABS berichtet das Unternehmen, dass für diesen Werkstoff ein „Limonene-lösliches Supportmaterial“ zur Verfügung steht.

Mehrere kleine Gelenke, die ineinander gedruckt            wurden und eine stoffartige Beschaffenheit besitzen (Bildquelle: Voxeljet)

Mehrere kleine Gelenke, die ineinander gedruckt wurden und eine stoffartige Beschaffenheit besitzen (Bildquelle: Voxeljet)

Qualität von 3D-gedruckten Teilen nähert sich Spritzguss an

Zur Präzision, mit der Produkte mittels 3D-Druck gefertigt werden können, schreibt Arburg, dass „der Trend ganz klar ist, „echte“ Funktionsbauteile im Originalwerkstoff noch qualitativ hochwertiger herzustellen. Wichtige Voraussetzung hierfür ist ein offenes Fertigungssystem. So ist es beispielsweise mit dem AKF-Verfahren und dem zugehörigen Freeformer möglich, Tropfengröße und Prozessführung gezielt zu beeinflussen. Auf dieser Grundlage lassen sich unterschiedliche Gefügeeigenschaften erzeugen und damit Qualität sowie Stabilität von additiv gefertigten Bauteilen individuell optimieren: Je dichter zum Beispiel die Tropfen zueinander positioniert sind, desto höher werden die mechanischen Bauteileeigenschaften. Abhängig vom Material lassen sich heute im Vergleich zum Spritzgießen Bauteildichten bis zu 95 Prozent und damit beispielsweise Zugfestigkeiten bis zu 97 Prozent erreichen. Sind Funktionsgeometrien gefragt, können diese mit dem spritzgießtypischen Klick-Effekt hergestellt werden. Durch Optimierung der Prozessparameter lässt sich zudem auch die Oberflächenqualität verbessern.“ Formlabs berichtet, dass die Genauigkeit, die mit Großdruckern erzeugte Teile aufweisen, nun auch bei mit Desktop-Maschinen gefertigten Teilen erzielt wird.


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Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de