Additive Fertigung Tribo-Polymere für den 3D-Druck von verschleißfesten Komponenten

Mit der additiven Fertigung und neuartigen Hochleistungskunststoffen haben sich zwei Technologien zusammengefunden, die Bauteile mit einer hohen Konstruktionsfreiheit bei gleichzeitiger Verschleißfestigkeit ermöglichen.

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Camozzi Automation GmbH

Franke GmbH

MDESIGN Vertriebs GmbH

igus GmbH

Igus erforscht und entwickelt neue 3D-Druck-Hochleistungskunststoffe für bewegte Anwendungen. Das Angebot der auf Verschleiß und Reibung optimierten Tribo-Filamente für das FDM-Verfahren hat sich seit dem Jahr 2014 auf sechs erhöht. Sie sind im Vergleich zu Standardmaterialen wie Polylactid (PLA) bis zu 50 mal verschleißfester und können auf allen handelsüblichen 3D-Druckern verarbeitet werden. Darüber hinaus ist seit 2017 ein Tribo-SLS-Pulver für das selektive Lasersintern im Programm.

3D-Druck vergleichbar mit Spritzguss

Dass die gedruckten Teile längst über das Stadium von reinen Prototypen-Anwendungen hinaus sind, zeigen ausführliche Testreihen im 2750 m³ großen Testlabor. Dort traten Tribo-Filamente aus dem Werkstoff iglidur J260 gegen Spritzgussteile aus dem gleichen Igus-Werkstoff sowie gegen herkömmliche 3D-Druck-Filamente aus ABS an. Über mehrere Monate wurden lineare und rotierende Testläufe sowohl auf Wellen aus gehärtetem, geschliffenem Stahl sowie Edelstahl gefahren und ausgewertet. Es zeigte sich, dass die Verschleißfestigkeit der aus dem Tribo-Filament gedruckten Gleitlager im rotierenden wie auch im linearen Versuch vergleichbar mit den klassischen Spritzgusskomponenten ist – und das auf beiden Wellen. Zugleich wurde in den Tests deutlich, dass die Reibwerte des Tribo-Filaments gerade im Vergleich zu herkömmlichen 3D-Druck-Materialien besonders niedrig sind. So ist es möglich, dass 3D-gedruckte Teile wie Gleitlager, Schneckenräder oder auch Greifer direkt eingebaut und industriell genutzt werden können.

Wartungsfreier Greifer zum Verpacken

Das zeigt auch ein Beispiel des Igus-Kunden Carecos Kosmetik. Die Firma sah sich bei der Verpackung von Kosmetikprodukten mit folgendem Problem konfrontiert: Stand ein Produktwechsel an, mussten neue Greifer für die Verpackungsmaschinen gefertigt werden, die die Deckel greifen und auf Dosen schrauben. Hier wählte der Kunde zuvor das aufwendige Fräsen eines Greifers aus Aluminium. Das kostete nicht nur bis zu 10.000 Euro pro Exemplar, sondern dauerte auch sechs Wochen. Eine zu lange Wartezeit in einer Industriebranche, in der es in der beginnenden Industrie-4.0-Ära zunehmend darum geht, auch Kleinserien wirtschaftlich produzieren zu können. Die Lösung: Der Verpacker hat mit dem tribologisch optimierten Iglidur-I150-Filament ein extrem stabiles und zugleich sehr schlagzähes Material für den 3D-Druck gefunden, mit dem ein Greifer bereits innerhalb von 10 bis 12 h gedruckt werden kann.

Kosten, Zeit und Gewicht einsparen

Aufgrund der hohen Kosten und der langen Herstellungszeit der Metallgreifer probierte das Unternehmen den 3D-Druck der Greifer zunächst mit Standardkunststoffen wie ABS und PLA aus. Die Druckvorgänge lieferten jedoch keine zufriedenstellenden Resultate. Daher wandte sich Carecos Kosmetik an Igus und setzte mit iglidur I150 nun ein schmier- und wartungsfreies Tribo-Filament ein, das auf Reibung und Verschleiß optimiert ist. Denn fast jedes Element eines Greifers ist beweglich und gleitet bei dieser Bewegung an Flächen und Wellen und Stiften, sodass die einzelnen Teile ständigem Verschleiß ausgesetzt sind. Metallische Teile müssen häufig mit separaten Lagerbuchsen versehen oder in der Anwendung geschmiert werden.

Aufgrund des Einsatzes von iglidur I150 im 3D-Druck konnte das Unternehmen gegenüber der zuvor gewählten Variante aus Aluminium bis zu 85 % der Kosten und 70 % der Herstellungszeit einsparen. Darüber hinaus sind die Kunststoffgreifer siebenfach leichter als Metallgreifer. (qui)

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