Arburg erhebt den Anspruch, sich nicht an den vorhandenen Verfahren der additiven Fertigung zu orientieren, sondern mit dem Freeformer die additive Fertigung für die Kunststoffverarbeitung neu erfunden zu haben. Was unterscheidet das Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF) von anderen additiven Verfahren?
Herbert Kraibühler Ein Unterschied liegt im Material: Statt spezieller Harze, Pulver, Stränge oder anders vorkonfektionierter Werkstoffe verarbeitet der Freeformer – und das ist einzigartig – herkömmliche Standardgranulate. Das heißt, es steht eine große Auswahl an Materialien und Farben zur Verfügung. Die Materialkosten sind entsprechend gering. Das Granulat wird zunächst wie beim konventionellen Spritzgießen in einem Plastifizierzylinder aufgeschmolzen, der aber speziell für kleinen Durchsatz konzipiert ist.
Ebenfalls neu ist der werkzeuglose schichtweise Aufbau mithilfe kleinster Kunststofftropfen. Um die Düse sehr schnell öffnen und schließen zu können, wird über hochfrequente Piezotechnik eine feine Nadel im vorgegebenen Takt bei 60 bis 200 Hz bewegt.
Anders als bei anderen bereits am Markt verfügbaren Systemen wird nicht die Düse bewegt, sondern der über drei oder fünf Achsen bewegliche Bauteilträger. Er wird so in Position gebracht, dass jeder Tropfen auf die zuvor berechnete Stelle fällt. Durch das Fünf-Achs-System lassen sich komplexe Geometrien realisieren, auf Stützstrukturen kann weitestgehend verzichtet werden. Bei Einsatz von zwei Düsen lassen sich auch mehrere Materialien kombinieren, zum Beispiel für Hart-Weich-Verbindungen.
Das aus 3D-CAD-Daten additiv gefertigte Produkt ist nicht nur Prototyp oder individuelles Anschauungsmuster, sondern ein ohne Nacharbeit voll funktionsfähiges Qualitätsbauteil.
Der Freeformer ist per Plug-and-play sofort einsatzbereit und arbeitet emissionslos, staub- und abfallfrei. Daher kann die Maschine in praktisch jeder Arbeitsumgebung eingesetzt werden, ohne dass in zusätzliche Infrastruktur wie Absauganlagen investiert werden muss.
Die Steuerung für die neue Fertigungstechnologie haben wir auf Basis einer Spritzgießmaschinensteuerung selbst entwickelt. Der Schulungsaufwand für Bedienung von Maschine und Steuerung ist denkbar gering.
In konkreten Zahlen, was verstehen Sie unter den zu fertigenden geringen Stückzahlen?
Die zentrale Frage ist vielmehr, wie viele Teile wie schnell hergestellt werden sollen. Das lässt sich nicht in einer allgemeingültigen Zahl ausdrücken, sondern hängt vom Einzelfall ab: Die neue Technologie wird immer dann zum Einsatz kommen, wenn sich der finanzielle oder zeitliche Aufwand für die Anfertigung eines Spritzgießwerkzeugs nicht lohnt, also wenn zum Beispiel schnell ein neues Bauteil oder Funktionssmuster zur Verfügung stehen muss. Bei Einzelteilen oder kleinen Stückzahlen spielt die im Vergleich
zur Serienspritzgießfertigung vergleichsweise lange Pro-duktionszeit von bis zu mehreren Stunden kaum eine Rolle.
Welche Anwendungen haben Sie mit dem Freeformer konkret im Blick?
Er erfüllt die Anforderungen unserer Anwender nach kurzen Produktlebenszyklen, zunehmender Variantenvielfalt und dem Wunsch nach individuellen Produkten, um die Fertigung zukunftssicher zu machen. Mit ihm können sie ihre Wertschöpfung erhöhen und ihr Portfolio erweitern. Hinzu kommt der Vorteil der Know-how-Sicherung, wenn keine CAD-Daten des Produkts nach außen gegeben werden müssen. Ich bin mir zudem sicher, dass wir künftig Anwendungen und Märkte erschließen werden, die wir heute noch gar nicht kennen.
Wie effizient ist die Produktion mit dem AKF in Vergleich zum konventionellen Spritzgießen?
Und wovon hängt das im Wesentlichen ab – Geometrie, Bauteilgröße, Werkstoff, Stückzahl?
Die zentrale Frage an unsere Kunden wird in Zukunft lauten: Wieviele Teile wollen Sie wie schnell in welcher Qualität herstellen? Für die Serienfertigung und große Stückzahlen in höchster Qualität wird das Spritzgießen immer die richtige Lösung sein. Ein Vorteil des AKF ist, dass man werkzeuglos auf Basis von 3D-CAD-Daten arbeitet. Innerhalb weniger Minuten ist ein Produktwechsel möglich, um nach Bedarf Einzelteile oder Kleinserien zu produzieren.
Die Festigkeit liegt bei derzeit 70 bis 80 Prozent im Vergleich zu gespritzten Bauteilen sind 100 Prozent – also voll vergleichbare Teile physikalisch möglich und denkbar?
Bei AKF werden die Tropfen mit einem Massedruck von 500 bis 1.300 bar ausgebracht. Durch die Tropfenstruktur ist der Füllgrad niedriger als bei spritzgegossenen Bauteilen und damit auch die Zugfestigkeit. In vielen Fällen ist eine Festigkeit von 100 Prozent nicht erforderlich, um die gewünschten Teile-Eigenschaften zu erzielen.
Die Vorteile sind die Verwendung von Standardkunststoffen und die Darstellung von Hinterschnitten. Gibt es Materialien, für die das AKF nicht geeignet ist? Welche Nachteile hat das Verfahren?
Künftig wird das System eine große Bandbreite an Standardkunststoffen verarbeiten können. Wie auf der K 2013 bereits zu sehen war, können ABS, PC, PA sowie elastische Materialien wie TPE bereits problemlos verarbeitet werden. Natürlich wird nicht uneingeschränkt jedes Material sinnvoll einsetzbar sein. Bis zur Markteinführung haben wir uns die Qualifikation verschiedener Materialien zur Hauptaufgabe gemacht!
Welche Spezifikationen muss das Standardgranulat erfüllen?
Zunächst muss sich das Material thermoplastisch verarbeiten lassen. Die nächste Anforderung ist, dass es durch die kleine Düsenbohrung von rund 200 µm passt. Grenzen sind hier zum Beispiel bei glasfaserverstärkten Kunststoffen gegeben. Schließlich ist die Verarbeitbarkeit beim schichtweisen Auftrag zu prüfen. Genau dies tun wir gerade.
Drei Komponenten sind heute schon möglich. Wie sinnvoll ist es, das Verfahren für noch mehr Komponenten weiterzuentwickeln?
Wir stehen erst ganz am Anfang unserer Möglichkeiten. Prinzipiell ist, wie beim Spritzgießen, auch die Verarbeitung von drei oder vier Komponenten denkbar. Größeren Handlungsbedarf sehen wir allerdings darin, das Verfahren nach und nach für einen breiten Materialeinsatz und weitere Tropfengrößen auszulegen. Derzeit sind Düsen mit Durchmessern von 150, 200 und 250 µm verfügbar. Je kleiner die Düse ist, desto besser wird die Oberfläche; je größer der Durchmesser wird, desto schneller ist das gewünschte Bauteil fertiggestellt. Die Düsen lassen sich produktspezifisch tauschen.
Das AKF ist ein für die Branche völlig neues Verfahren, das zunächst seine Nische suchen und finden muss. Wo sehen Sie diese Nische?
Wir denken nicht in Nischen, sondern beschäftigen uns damit, wie sich Kunststoffteile produktionseffizient herstellen lassen. Aus meiner Sicht ist unsere industrielle Fertigungstechnologie kein Nischenprodukt. Im Gegenteil: Weil jetzt erstmals aus kostengünstigen Standardgranulaten voll funktionsfähige Teile hergestellt werden können, bietet diese Fertigungstechnologie einzigartige Vorteile und ergänzen das bestehende Angebot in diesem Sektor. Der Freeformer wird sicher viele Interessenten ansprechen, die bereits additiv fertigen und auch eine Zielgruppe, an die andere noch viel zu wenig gedacht haben – nämlich unsere bestehenden Kunden, die Kunststoffverarbeiter.
Wie viele Ihrer Kunden werden sich eine additive Anlage zulegen?
Wenn ich die Resonanz betrachte, dann fast jeder. Nein, Spaß beiseite. Wir sind mit deutlich mehr Anfragen und konkreten Anforderungen konfrontiert worden als zunächst erwartet. Das liegt vielleicht auch daran, dass mit Arburg – wie viele sagen endlich – ein Maschinenbauer das Thema additive Fertigung angeht. Weil viele Anwender ihren Spielraum mit dieser Fertigungstechnologie erweitern können, bin ich für die Zukunft sehr zuversichtlich.
Mit welchen Absatzzahlen für die Maschine planen Sie?
Wir befinden uns derzeit noch in der Anfangsphase: Das Produkt wird ab dem zweiten Quartal 2014 Schritt für Schritt in den Markt eingeführt. Unser Ziel lautet zunächst nicht, möglichst viele Maschinen zu verkaufen, sondern unsere Kunden eng zu begleiten, auch in der After-Sales-Beratung.
Gibt es bereits Anwender? Und wenn ja, für welchen Zweck wird das System dort eingesetzt?
Beta-Tests laufen bereits seit cirka sechs Monaten.
Die zentrale Frage ist, wie viele Teile wie schnell hergestellt werden sollen. Der Vorteil, dass man werkzeuglos auf Basis von 3D-CAD-Daten arbeitet und innerhalb weniger Minuten ein Produktwechsel möglich ist, wird zur
Entwicklungstriebfeder neuer additiver Verfahren.
Herbert Kraibühler,
Geschäftsführer Technik, Arburg
