Während bisher der finale Dauertest mit teuren und zeitintensiven Spritzgussteilen erfolgen musste, weil sich das Muster in seiner Qualität zu sehr vom Serienteil unterscheiden würde, lässt sich mittels additiver Fertigung zu deutlich geringeren Kosten ein authentisches Sonderteil für die Testphase herstellen. (Bildquelle: Igus)

Während bisher der finale Dauertest mit teuren und zeitintensiven Spritzgussteilen erfolgen musste, weil sich das Muster in seiner Qualität zu sehr vom Serienteil unterscheiden würde, lässt sich mittels additiver Fertigung zu deutlich geringeren Kosten ein authentisches Sonderteil für die Testphase herstellen. (Bildquelle: Igus)

Egal welche Methode angewendet wird, ob Hard-Tooling mit Werkzeugstahl oder Soft-Tooling mit Aluminium, die Herstellung von Formen für den Spritzguss kostet viele tausend Euro und kann zwei Wochen oder mehrere Monaten dauern. Kommen dann noch Entwicklungs- oder Produktionsfehler sowie kurzfristige Konstruktionsänderungen und nachträgliche Bearbeitungen am Werkzeug hinzu, summieren sich Kosten und Zeitaufwand derart, dass bisher fast nur Großserien rationell mittels Spritzguss zu realisieren waren.

Gerade aber für den Anwender, der Bauteile mit ganz speziellen Abmessungen benötigt – und diese schnell und in begrenzter Stückzahl – kann die additive Fertigung die Lösung sein. Igus, Köln, stellt Produkte aus Hochleistungskunststoffen für bewegte Anwendungen her. Neben dem Spritzguss hat sich dabei vor allem die Bearbeitung von Halbzeugen als preiswerte Methode etabliert, kundenindividuelle Wünsche umzusetzen. Wartungs- und schmierungsfreie Halbzeuge aus den 25 selbstentwickelten Iglidur-Werkstoffen stehen bereit, um nach den Angaben des Anwenders aus Rundstäben oder Platten in die passende Form gefräst zu werden. Damit können Prototypen, Testmuster und kleinere Serien in freier Gestaltung produziert werden, entweder durch den Kunden selbst oder in mechanisch endbearbeiteten Wunschformen, die innerhalb von drei bis fünf Tagen geliefert werden. Einen Schritt weiter noch geht jetzt die Verbindung von 3D-Druck mit dem Spritzguss. Auf dem Rechner können Werkzeugformen in freier Formgebung modelliert, Änderungen am Design leicht vorgenommen und auch aufwendige Details kostengünstig ausgedruckt werden, wobei komplexe Formen genauso teuer sind wie einfachere. Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss mit Metallformen lassen sich durch die Verfahrenskombination Kleinserien kostensparend herstellen.


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


Präzise Spritzgussformen innerhalb weniger Stunden

Grundsätzlich werden Spritzgussformen mittels Selektivem Lasersintern (SLS) oder der Stereolithografie gedruckt. Beide Druckverfahren kommen ohne materielle Eingriffe aus. Das heißt, sie verursachen keine zusätzlichen Arbeitskosten beim Druck. Bei der Schmelzschichtung nach SDA wird das Werkstück schichtweise aus einem flüssigen Kunststoff aufgebaut. Igus setzt zudem auf SLS, das generativ einen Werkstoff aus pulverförmigen Material auch mit Hinterschneidungen erzeugen kann. Das Pulver dient als eigenes Stützmaterial, das keine Nachbearbeitung erfordert und später sogar wiederverwendet werden kann. So lassen sich innerhalb weniger Stunden – von der Konstruktion mit dem CAD-Tool bis zum Druck – und zu geringen Vorkosten Werkzeugformen für die Spritzgussmaschine fertigen. Interessant ist diese Möglichkeit aber nicht nur für Sonderteile in kleiner Serie, sondern auch für die Erprobung neuer Muster. Während bisher der finale Dauertest mit teuren und zeitintensiven Spritzgussteilen erfolgen musste, weil sich das Muster in seiner Qualität zu sehr vom Serienteil unterscheiden würde, kann nun zu deutlich geringeren Kosten ein authentisches Sonderteil für die Testphase gedruckt werden. Dieses entspricht durch das gleiche Verfahren exakt dem späteren Großserienteil.

Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss mit Metallformen lassen sich durch die Kombination mit additiver Fertigung Kleinserien kostensparend herstellen. (Bildquelle: Igus)

Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss mit Metallformen lassen sich durch die Kombination mit additiver Fertigung Kleinserien kostensparend herstellen. (Bildquelle: Igus)

Werkstoffauswahl entscheidend für Lebensdauer des Werkzeugs

Die Auswahl des richtigen Werkstoffmaterials ist entscheidend, für die Form und für das finale Bauteil. Traf diese Feststellung in der Vergangenheit schon für den Spritzguss mit seinen speziellen Anforderungen an Verarbeitungstemperaturen  und Fließeigenschaften zu, so nun umso mehr für die additive Fertigung. Allerdings ist die Auswahl unter den zur Verfügung stehenden Werkstoffen, die mit den 3D-gedruckten Spritzgusswerkzeugen gespritzt werden können, in diesem Bereich bis dato eher gering. Einige kleinere Anbieter haben zwar bereits Spritzgusswerkzeuge aus dem 3D-Drucker im Programm, diese aber sind auf Materialien mit bestimmten Standardeigenschaften beschränkt. Ihr Verschleiß ist entsprechend groß, was den häufigen Austausch erfordert beziehungsweise die Anzahl der herstellbaren Formteile beschränkt. Deshalb werden von ihnen meist nur plastische Modelle, Prototypen oder Kleinstserien gefertigt. Und dies beansprucht bei ihnen in der Regel mehr als eine Woche. Wer jedoch besondere Werkstoffeigenschaften und eine hohe Lebensdauer in bewegten Anwendungen in kurzer Zeit benötigt, kann jetzt aus dem Sortiment von 50 Hochleistungskunststoffen bei Igus zurückgreifen. Die Iglidur-Werkstoffe sind schmier- und wartungsfrei und senken so die Kosten beim Anwender. Darüber hinaus hat jeder dieser online berechenbaren Werkstoffe seine ganz spezifischen Qualitäten, die für viele Anwendungen und Branchen nutzbar sind. Besondere Chemikalien- oder Temperaturbeständigkeit sind dafür Beispiele, ebenso wie etwa FDA-Konformität oder Hochlast.

Kürzere Produktlebenszyklen fördern die additive Fertigung

Der 3D-Druck wird die industrielle Fertigung revolutionieren. Auch wenn die Massenfertigung wohl noch für längere Zeit von den herkömmlichen Verfahren geprägt sein wird, die Bedeutung der additiven Fertigung für die Produktionstechnik nimmt deutlich zu. Allein schon deshalb, weil der Trend in Richtung Individualisierung und kürzere Produktlebenszyklen geht. Gerade in Bereichen, in denen kleinere bis mittlere Stückzahlen, sowie präzise und komplexe Formen gefragt sind – wie etwa bei der Werkzeugherstellung – eröffnet der 3D-Druck neue Möglichkeiten. Designer und Konstrukteure werden nicht mehr an traditionelle Grenzen gebunden sein, Unternehmen nicht mehr an Rücksichten bezüglich der Wirtschaftlichkeit bei der Produktion von beschränkten Losgrößen. Mit dem Einsatz von 3D-gedruckten Spritzgusswerkzeugen – aber auch den Tribo-Filamenten und dem Tribo-SLS-Material – entspricht Igus dieser Entwicklung, die einhergeht mit steigendem Kostendruck und hohen Qualitätsanforderungen seitens des Anwenders. Günstig und schnell gefertigte Bauteile aus tribologisch optimierten Polymeren mittels „3D-Spritzguss“ sind hier die Antwort. In der Zukunft muss es also nicht mehr heißen, Spritzguss contra 3D-Druck, sondern beide Verfahren können effizient verbunden werden.

Über den Autor

Gerhard Baus

ist Prokurist Gleitlager bei Igus in Köln.