AIM3D entwickelt und vertreibt Granulat-Extruder für den seriellen 3D-Druck. Doch wenn Kunden Hartmetall oder Keramik drucken wollen, konnte das Unternehmen lange keine sicheren Prozesse garantieren. Das Problem: Die Druckerdüsen hielten den abrasiven Materialien nur kurz stand. Daher war auch die Gr??e der am Stück gedruckten Bauteile aus diesem verschlei?f?rdernden Material aufgrund der Düse begrenzt. Eine neue Diamant-Düse von Gühring ?ndert alles.
Vor etwa 110 Jahren führte Henry Ford das Flie?band in seinen Werken ein – und ver?nderte damit die gesamte industrielle Fertigung. Heute gibt es eine neue Technologie, die ebenfalls das Potenzial hat, alles zu ver?ndern: Der 3D-Druck. Werden sich bald in Produktionshallen 3D-Drucker aneinanderreihen und in Serie komplizierte Bauteile aus Hartmetall und Stahl drucken? Mit den 3D-Druckern von AIM3D w?re das zumindest m?glich. Das Unternehmen wurde 2017 als?Ausgründung der Universit?t Rostock gestartet und hat heute einen 500 Quadratmeter gro?en Stammsitz unweit des Rostocker Hafens.
Was diese Drucker gerade für die Serienfertigung so interessant macht, ist ihre besondere Extruder-Technologie: Jeder Drucker besitzt mindestens zwei Granulat-3D-Druckk?pfe. Auf diese Weise k?nnen mit nur einem Drucker mehrere Materialien gleichzeitig gedruckt werden. Dieser Dualdruck ist für viele Branchen interessant, die den 3D-Druck als formgebendes Verfahren einsetzen, bspw. um Grünlinge aus Metall oder Keramik herzustellen. Anschlie?end werden die Bauteile gesintert und übrig bleiben die Metall- bzw. Keramikteile. Namhafte Kunden aus der Automobilbranche setzen AIM3D-Drucker bereits im Prototypenbau und der Bemusterung ein, mit dem Ziel, die 3D-Technik eines Tages in die Serienproduktion zu überführen.
Tim Weidner leitet die Prozessentwicklung beim Druckerhersteller AIM3D.
Material frisst Standarddüsen – nicht die Dianoz
?Die Erstanfrage unserer Kunden lautet meistens: ,Ich habe ein Material und ein Problem – k?nnen wir das mit euren 3D-Druckern in den Griff bekommen?‘“, erz?hlt Tim Weidner, der die Prozessentwicklung bei AIM3D leitet. Dabei sind die Materialien, die gedruckt werden sollen, breit gef?chert und umfassen neben Hartmetall und Keramik auch s?mtliche technischen Kunststoffe bis hin zu Hochleistungskunststoffen wie Ultem oder PEEK.
Doch obwohl die AIM3D-Drucker solche Serienmaterialien problemlos drucken, liegt das Nadel?hr oftmals an einem eher unscheinbaren und doch wichtigen Teil des Druckers: Der Düse. ?Beim Druck von Hartmetall und Keramik arbeiten wir mindestens mit geh?rteten Stahldüsen, aber auch die reichen im hochabrasiven Bereich nicht aus“, erkl?rt Weidner. ?Hier haben wir verschiedene L?sungen auf dem Mark ausprobiert, aber leider nicht die besten Erfahrungen gesammelt.“ Oft habe er feststellen müssen, dass die geh?rteten Stahl- und Rubindüsen einfach nicht qualitativ gut gefertigt sind. Das habe dazu geführt, dass einige Anliegen der Kunden nicht erfüllt werden konnten: ?Wenn ich von Kunden ein sehr anspruchsvolles Material zur Verfügung gestellt bekomme, kann mein Drucker noch so prozessstabil sein, wenn ich bei der Druckerdüse mit stumpfen Waffen k?mpfe“, so Weidner.
Diamonds are 3D printers best friends
Die L?sung wird AIM3D 2019 auf einer Messe pr?sentiert, als Gühring seine neue ?Dianoz-Düse“ vorstellt. Die weltweit erste diamantbestückte Druckerdüse verspricht nahezu endlosen Druck ohne Verschlei?, denn als h?rtester natürlicher Stoff der Welt bietet Diamant den besten Verschlei?schutz – so auch als Einsatz an der Düsenspitze. Gleichzeitig leitet er W?rme hervorragend, was für eine gleichm??ige Materialextrusion und eben-m??ige Oberfl?chen sorgt. AIM3D bekommt einen Prototyp der Diamant-Düse, um sie in ihren 3D-Druckern zu testen. Vier Jahre sp?ter lautet das Fazit von Tim Weidner: ?Die W?rmeleitf?higkeit ist unumstritten hoch und die Verschlei?resistenz ist einfach nicht zu toppen.“
Vor allem diese Verschlei?resistenz mache beim Druck den entscheidenden Unterschied. So betr?gt die Druckzeit bei sehr gro?en und komplexen Bauteilen bis zu 24 Stunden und teilweise auch mehrere Tage. Je nach Material ist es mit einer Standarddüse in solchen F?llen nicht m?glich, dieses Bauteil fertig zu drucken. Zwar k?nnte der Druck theoretisch gestoppt und die Düse getauscht werden.
?In der Praxis ist das jedoch eher unpraktikabel, denn dann muss die neue Düse wieder in der exakt gleichen Position verschraubt werden, um keinen H?henversatz am Bauteil zu erzeugen. Bereits kleinste Abweichungen bei der Düsen-Positionierung und Montage sind am Bauteil sp?ter sichtbar und beeintr?chtigen unter Umst?nden sogar dessen Stabilit?t und Funktionalit?t.
10 Kilogramm glasfaserverst?rkten Kunststoff gedruckt
Wie wichtig diese Verschlei?resistenz ist, habe sich zum Beispiel auch beim Druck eines hochfesten und h?chstverschlei?enden Keramik-Siliciumcarbids gezeigt: Eine Stahldüse war schon nach zwei Stunden so verschlissen, dass der Düsenaustritt von 0,4 mm auf 0,6 mm aufgeweitet war. Unter diesen Umst?nden konnte das Bauteil nicht fertiggedruckt werden. ?Dieses Verschlei?-Problem beim Keramikdruck ist so alt wie unsere Firma selbst“, erkl?rt Weidner. Die Dianoz-Düse wies nach dem Druck des Siliciumcarbids hingegen keine Ver?nderung auf – und das selbst nach mehreren Wochen im Einsatz.
Auch beim Druck anderer, extrem abrasiver Materialien spielt die Dianoz-Düse ihre St?rken aus: So druckt sie 10 Kilogramm Kunststoff, der zu 30 Prozent mit Glasfaser gefüllt ist, ohne jegliche Abnutzung. Für AIM3D, deren Kunden h?ufig genau diese glasfaserverst?rkten Kunststoffe drucken, ein echter Volltreffer. Weidner fasst zusammen: ?Wenn eine Düse einen Druckstoff nicht schafft, müssen wir auf eine bessere umsteigen und dann geht bei uns der Griff immer zur Dianoz-Düse. Erst Dianoz hat uns erm?glicht, bestimmte Bauteil-Gr??en prozesssicher zu drucken.“
Gleichbleibende Qualit?t garantiert
Aktuell sind bei AIM3D vier Düsen in verschiedenen Durchmessergr??en im Einsatz. Die ?lteste Düse druckt seit über drei Jahren – und zwar jedes Material. Aber auch seinen Kunden empfiehlt das Unternehmen die Dianoz-Düse beim Kauf eines Druckers, mit dem etwa Wolframcarbid oder Keramik gedruckt werden soll. ?Dann bieten wir die Dianoz als Standarddüse an“, versichert Weidner. ?Schlie?lich erwarten Kunden von unserem Produkt, dass es immer die gleiche Qualit?t liefert und das geht nur mit der richtigen Düse.“
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Udo Lerach
Leiter Vertrieb Handel & Special Parts, Privat Label
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