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Lineartechnik Präziser 3D-Druck von Prototypen, Mustern und Kleinserien

| Redakteur: Ute Drescher

Für den anspruchsvollen Ausdruck großflächiger Objekte hat Systec in Kooperation mit Bahr Modultechnik einen 3D-Drucker entwickelt, der sehr verzugsarme Ausdrucke mit exakter Maßhaltigkeit erzeugt.

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Schicht für Schicht druckt dieser 3D-Drucker Objekte mit Abmessungen bis 600 mm und mehr.
Schicht für Schicht druckt dieser 3D-Drucker Objekte mit Abmessungen bis 600 mm und mehr.
(Bild: Bahr)

Wie schwierig sich die Suche nach einem Hersteller gestaltet, der größer dimensionierte Bauteile mit hoher Präzision ausdrucken kann, weiß Systec-Produktdesigner Jochen Keuschnig aus eigener Erfahrung: „Als wir einen maßstabsgetreuen Prototypen eines großflächigen Gehäusemodells brauchten, sind wir an verschiedene Hersteller herangetreten. Die meisten haben jedoch abgewinkt, weil ein verzugsfreies Drucken ausgedehnter Flächen bei hoher Maßhaltigkeit äußerst anspruchsvoll ist. Daher beschlossen wir, unsere Kompetenzen in der Positionier- und Steuerungstechnik sowie der Software-Programmierung für die Entwicklung eines eigenen 3D-Druckers zu nutzen.“

Um große Flächen auch mit günstigen Werkstoffen formgetreu auszudrucken, hatten die Systec-Entwickler die Idee, einen Drucker mit beheizter Druckkabine zu konstruieren. So lässt sich die Temperatur im Arbeitsraum während des Druckens stabil knapp unterhalb der Material-Glasübergangstemperatur halten, so dass sich die Form beim Drucken nicht verziehen kann. Unterstützt von Bahr Modultechnik baute das Unternehmen in nur zwei Monaten einen voll einsatzfähigen Prototypen, der erstmals 2016 auf der Hannover Messe am Stand von Bahr zu sehen war. „Dort stieß das Gerät wegen seines großen Bauraums und der erreichten Maßhaltigkeit von bis zu 0,1 mm gleich auf reges Interesse“, erinnert sich Keuschnig.

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Als ausgewiesener Spezialist für modulare Positioniertechnik brachte Bahr sein Know-how in die Konstruktion des neuen Druckers ein. „Mit Bahr arbeiten wir seit Langem eng zusammen, weil wir dessen Linearachsen in unsere Drive-Sets einsetzen. Das modulare Design der Achsprofile mit seinen umfangreichen Ausstattungs- und Bearbeitungsoptionen eignet sich ideal für einen flexiblen Systemaufbau und vereinfacht die Umsetzung kundenspezifischer Lösungen und Neuentwicklungen“, erklärt Keuschnig. Für den neuen 3D-Drucker hat Bahr die geschlossene, beheizbare Kabine mit integriertem Zwei-Achssystem und einer Bodenplatte mit 720 mm Arbeitshub entwickelt. Der Druckkopf wird über eine H-Kinematik verfahren, deren Linearachsen über einen robusten und temperaturbeständigen Zahnriemen aus Karbon verfügen. Die Achsen erreichen eine Positioniergenauigkeit von 0,1 mm bei 0,5 m/s Verfahrgeschwindigkeit. Für das Absenken der Basisplatte wurden Achsen mit Spindelantrieb verbaut, deren Verfahrgeschwindigkeit 0,04 m/s beträgt.

Druckt im Schmelzschichtverfahren

Den 3D-Drucker hat Systec unter dem Namen Inv3nt zur Serienreife weiterentwickelt. Das industrietaugliche Gerät erzeugt im Schmelzschichtverfahren selbst bei Abmessungen, die in Länge, Breite und Höhe 600 mm betragen, verzugsarme Werkstücke mit hoher Maßhaltigkeit.

Beim zumeist als Fused Filament Fabrication (FFF) oder Fused Deposition Modeling (FDM) titulierten Schmelzschichtverfahren werden im Druckkopf thermoplastische Filamente erhitzt und aus einer Düse zeilenweise auf die Arbeitsebene aufgetragen. Diese Methode verbraucht wenig Material, weil im Produktionsprozess nur so viel verwendet wird, wie für das Druckobjekt und eventuell benötigte Stützstrukturen erforderlich ist. Mit handelsüblichen Filamenten aus PLA und ABS stehen preisgünstige thermoplastische Druckmedien zur Verfügung, die sich bei niedrigen Schmelzpunkten gut verarbeiten lassen, schnell aushärten und zudem sehr lagerfähig und biokompatibel sind. Je nach Druckaufgabe kann der Drucker von Systec ebenso mit Filamenten aus Nylon, PET oder thermoplastischen Elastomeren betrieben werden. Um Werkstücke mit besonderer Materialbeschaffenheit zu erzeugen, sind auch Filamente aus thermoplastisch umhüllten Holzfasern oder Metallpartikeln erhältlich, die den Objekten eine edle Anmutung, hohe Festigkeit sowie antistatische oder magnetische Eigenschaften verleihen.

In der mit Umluft beheizten Druckkabine wird die Temperatur konstant auf die Glasübergangstemperatur des Materials abgestimmt, um das Produkt während des gesamten Druckvorgangs formstabil zu halten. Weil jedes Thermoplast einen anderen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, muss sich die Temperatur exakt einstellen und regeln lassen, da schon kleinere Differenzen zu Formabweichungen im Millimeterbereich führen können.

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