Additive Fertigung Bauteile aus kleinsten Tropfen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Mit dem Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF) können voll funktionsfähige Bauteile werkzeuglos aus 3D-CAD-Daten und mit Standardgranulaten additiv gefertigt werden.

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Beim AKF entsteht über eine getaktete Düse und einen beweglichen Bauteilträger das Funktionsteil Schicht für Schicht aus Kunststofftropfen.
Beim AKF entsteht über eine getaktete Düse und einen beweglichen Bauteilträger das Funktionsteil Schicht für Schicht aus Kunststofftropfen.
(Bild: Arburg)

Der Maschinenbauer Arburg hat eine innovative, hochwertige Technologie für die additive Fertigung entwickelt und dabei über 60 Jahre Know-how in der Kunststoffverarbeitung einfließen lassen. „Dabei herausgekommen ist eine Maschine, der Freeformer, und ein neues Verfahren, das Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF)“, erklärt Dr. Oliver Keßling, Abteilungsleiter Kunststoff-Freiformen bei Arburg. „Das neue System ist auf die industrielle, wirtschaftliche Fertigung funktionsfähiger Einzelteile oder kleiner Stückzahlen ausgelegt und erfüllt die Anforderungen nach kurzen Produktlebenszyklen, zunehmender Variantenvielfalt und individuellen Produkten.“ Insofern sei der Freeformer für bestehende Spritzgießkunden genauso interessant wie für Dienstleister, Konstrukteure und Produktentwickler. Um Kunststoff mit dem Freeformer formen zu können, sind keine Werkzeuge beziehungsweise fest vorgegebene Kavitäten notwendig. Beim AKF werden 3D-CAD-Daten direkt aufbereitet, Standard-Kunststoffgranulat wie beim Spritzgießen integriert aufgeschmolzen, aus der flüssigen Schmelze kleinste Tropfen erzeugt und daraus ohne Werkzeug additiv – also Schicht für Schicht – das voll funktionsfähige Bauteil aufgebaut. Damit ist die individuelle Teilefertigung ganz ohne Spritzgießwerkzeug ab Losgröße eins wirtschaftlich möglich.

Konventionelle Aufbereitung von Standardgranulaten

Als Hersteller von Spritzgießmaschinen hat Arburg einen praxisorientierten Blick auf die additive Fertigung geworfen und die daraus resultierenden Erkenntnisse in Form des AKF-Verfahrens in eine neue Realität umgesetzt.

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Was bewährt und gut ist, muss man nicht zwingend neu erfinden. Das dachten sich auch die Arburg-Techniker bei der Entwicklung des Freeformers. Sie gaben der neuen Maschine eine konventionelle, bewährte Materialaufbereitung mit auf den Weg, die prinzipiell wie beim Spritzgießen funktioniert. Das Standard-Kunststoffgranulat wird in die Maschine eingefüllt. Ein beheizter Plastifizierzylinder sorgt für eine optimal vorbereitete Kunststoffschmelze an der sogenannten Austragseinheit. Deren patentierter Düsenverschluss mit hochfrequenter Piezotechnik ermöglicht schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen und erzeugt so unter Druck die Kunststofftropfen. Diese fügen sich aneinander und bauen additiv das gewünschte Kunststoffteil auf.

Die für den schichtweisen Aufbau der Teile notwendigen Parameter generiert die eigenentwickelte Steuerung des Freeformers. Sie bekommt die 3D-CAD-Daten der herzustellenden Bauteile als STL-Files und bereitet sie durch Slicing automatisch auf. Spezielle Programmier- oder Verarbeitungskenntnisse oder umfangreiche Schulungen sind nicht erforderlich.

Beweglicher Bauteilträger und starre Düse als neues Prinzip

Neu gedacht wurde das Prinzip der beweglichen und starren Komponenten der Maschine. Beim Freeformer bleibt die Austragseinheit mit Düse genau in ihrer vertikalen Position. Stattdessen bewegt sich der Bauteilträger. Neben einen serienmäßig über drei Achsen beweglichen Bauteilträger steht optional eine Variante mit fünf Achsen zur Verfügung, z. B. zur Umsetzung von stützstrukturlosen Hinterschneidungen.

Der große Vorteil der 5-Achs-Variante: Stützstrukturen werden in der Regel überflüssig. Dies ermöglicht neue Geometrien, die sich im Spritzgießverfahren nicht realisieren ließen. Zudem sind die Bauteile nach ihrer Fertigung ohne Nacharbeit sofort einsatzbereit.

Die hohe Flexibilität in der Verarbeitung war eine der wichtigsten Voraussetzungen, die bei der Entwicklung des Freeformers berücksichtigt wurde. Deshalb können z. B. mit einem Freeformer, der über zwei Austragseinheiten verfügt, zwei Materialien oder Farben kombiniert verarbeitet werden. Damit sind additiv auch bewegliche Hart-Weich-Verbindungen oder Teile mit spezieller Optik und Haptik herstellbar, bei denen beide Komponenten sicher verbunden sind.

Einzelteile und Kleinserienstaub- und emissionsfrei herstellen

Die Bauteile entstehen auf dem Freeformer durch die flüssigen Kunststofftropfen völlig staub- und emissionsfrei. Deshalb eignet sich die Maschine für praktisch jede Einsatzumgebung. Egal ob in der Produktion, im Büro, in der Konstruktion oder in einem medizintechnisch sauberen Umfeld. Absaug- und Filtereinrichtungen sind nicht notwendig.

Mobil und universell nutzbar werden die Freeformer auch durch Plug-and-play. Die Maschine ist nicht nur überaus kompakt, sondern auch sofort produktionsbereit: Einfach Stecker anschließen und los geht die Teileherstellung.

Mit der Realisierung des Freeformers geht Arburg einen Schritt hin zur Verbreiterung des industriellen Produktionsangebots für die Kunststoffverarbeitung. Konnten sich die Kunden bislang schon auf die Expertise des Unternehmens in Sachen Spritzgießen und damit für die Großserienfertigung von Kunststoffteilen verlassen, gilt dies ab sofort auch für die wirtschaftliche Herstellung kleiner Serien bis hin zum One-piece-flow. Qualität, wirtschaftliche Stückkosten und damit eine produktionseffiziente Herstellung schließt jetzt auch den Bereich der additiven Fertigung mit ein. Unabhängig von der Branche bieten der neue Freeformer und das Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF) allen Kunden vom Automotive-Sektor bis hin zur Medizintechnik oder dem Konsumgüter-Bereich genau gleich viele neue Freiheiten. Auch völlig neue Einsatzfelder sind nicht ausgeschlossen. (qui)

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