Künftig lassen sich wasserlösliche Armat-Stützmaterialien in einer für das Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) optimierten Gitterstruktur realisieren. Arburg hat dafür seine Freeformer-Software entsprechend optimiert. Das additive Fertigen von Bauteilen wird dadurch um über 50 Prozent beschleunigt.

Mit Stützmaterialien in Gitterstruktur lassen sich komplexe Geometrien in kurzer Bauzeit realisieren. Hier zu sehen am Beispiel eines S-Rohrs aus weißem PP mit Stützmaterial Armat 12. (Bild: Arburg)

Mit einer optimierten Software für seine Freeformer verkürzen sich die Bauzeiten im AKF-Prozess, je nach Geometrie und Anwendung, um 40 bis 55 %. Gleichzeitig reduziert sich auch der Materialverbrauch. Die optimierte Freeformer-Software ermöglicht es für alle Bauteile mit Geometrien, die eine Stützstruktur erfordern, die wasserlöslichen Materialien Armat 11 und Armat 12 so auf den beweglichen Bauteilträger aufzutragen, dass eine verfahrensoptimierte Gitterstruktur entsteht. Das Stützmaterial Armat 11 eignet sich beispielsweise für ABS, für PP bietet sich Armat 12 an. Statt eines kompakten Aufbaus ergeben sich durch einen Füllgrad von nur rund 20 % Leichtbau-Strukturen, die sich anschließend ohne manuelle Nacharbeit schneller als bisher auswaschen lassen. Die Gitterstrukturen sparen somit Zeit für Aufbau des Bauteils und Auflösen des Stützmaterials und damit verbunden Material und Kosten.

In welchen wesentlichen Punkten unterscheiden sich die bisherige eingesetzte und die neu entwickelte Software des Freeformers? Martin Neff: Bisher wurde die Stützstruktur als Volumenmaterial aufgebaut. Die neue Strategie basiert dagegen auf einer Gitterstruktur und vereint eine schnelle Prozessführung mit einer hohen Bauteilqualität. Zudem bringt diese neue Aufbaustrategie Vorteile in Sachen Nachhaltigkeit: Dank der Gitterstruktur lässt sich Material einsparen und man kommt zudem schneller zum Endbauteil, da sich das Stützmaterial schneller auflöst.

Könnte die Zeitersparnis auch bei den gängigen Stützmaterialien erzielt werden? Martin Neff: Die neue Aufbaustrategie haben wir mit unseren Stützmaterialien Armat 11 und Armat A12 getestet. Grundsätzlich lässt sie sich für alle Materialien nutzen. Um eine gute Bauteilqualität zu erreichen, müssen die Materialien allerdings bestimmte Eigenschaften aufweisen wie beispielsweise einen großen Stützwinkel.

Sie verwenden als Stützmaterial Armat. Welcher Werkstoff stellt hierfür die Basis dar? Martin Neff: Unsere Armat-Stützmaterialien basieren auf wasserlöslichen Stoffen. Die geschützte Rezeptur von Armat 11 haben wir in Zusammenarbeit mit einer Hochschule entwickelt, Armat 12 gemeinsam mit einem Partner. Letzteres wurde auf die besonderen Anforderungen von Polymeren wie zum Beispiel PP angepasst.

Bei dem im Text genannten Beispiel wird das Stützmaterial in Kombination mit PP eingesetzt. Mit welchen Polymeren ließe sich dieses außerdem kombinieren? Martin Neff: Bei der neuen Prozessführung können die Stützmaterialien Armat 11 und Armat 12 in Kombination mit unterschiedlichsten Materialien eingesetzt werden. Beispiele sind Standardmaterialien wie ABS, TPU oder PC/ABS.

Können die Armat-Materialien auch beim Fertigen von Implantaten eingesetzt werden? Martin Neff: Grundsätzlich ist das Stützmaterial Armat 11 physiologisch unbedenklich. Eine Freigabe dieser Materialien für die Herstellung von Implantaten ist jedoch Aufgabe der Kunden, die ihre jeweiligen Fertigungsprozesse qualifizieren müssen.

War aufgrund der schnelleren Materialaustragung ein Anpassen der Hardware des Freeformers erforderlich? Martin Neff: Nein, der Prozess basiert auf einer optimierten Aufbereitung der Daten und Planung des Fahrwegs. Um die Prozessgeschwindigkeit entsprechend anzupassen, verfügt der Freeformer über ausreichende Leistungsreserven. Voraussetzung ist jedoch, dass Steuerung und Software der Maschine auf dem neusten Stand sind.

Auf der US-Messe Rapid + TCT 2022 in Detroit hat das Unternehmen den AKF-Prozess erstmals vorgestellt. Ein Freeformer 300-3X hat als typisches Bauteil ein S-förmiges Rohr aus PP gefertigt. Als Stützmaterial kam dabei wasserlösliches Armat 12 zum Einsatz. Aufgrund der Gitterstruktur konnte die Bauzeit bei diesem Beispiel um rund 50 % reduziert werden.

Armat 11 und Armat 12 lassen sich beispielsweise auch mit ABS, TPU oder PC/ABS einsetzen.

Welche Einsparpotenziale sich für den AKF-Prozess ergeben, verdeutlicht das Unternehmen an einem Funktionsmodell einer komplexen Kniehebel-Schließeinheit einer Allrounder-Spritzgießmaschine im Maßstab 1:16. Diese wurde über die achttägige Laufzeit der K 2016 im AKF-Verfahren realisiert. Die Bauzeit für das ABS-Bauteil inklusive Stützmaterial betrug damals über 200 Stunden. Dank Gitterstruktur kann die Bauzeit jetzt um 54 % auf 92 Stunden reduziert werden. Das Stützmaterial mit einem Gewicht von 600 g lässt sich innerhalb von zehn Minuten komplett auswaschen. Zurück bleibt das Kniehebel-Modell mit rund 30 beweglichen Gelenken.

Platz 10: Massivit 3DDie GDP-Technologie wurde von ‚Massivit 3D‘ aus Israel patentiert. Dank einer Kombination aus Deposition und Stereolithographie lassen sich mit dieser Technik sehr große Objekte innerhalb kurzer Zeit drucken. Das Verfahren funktioniert folgendermaßen: der Drucker extrudiert ein gelartiges Filament. Dieses wird direkt anschließend mit UV-Licht ausgehärtet. (Bild: Massivit 3D)

Platz 9: VoxeljetAus Deutschland kommt der größte industrielle 3D-Drucker für Sandformen. Mit der Maschine von Voxeljet lassen sich komplexe Bauteile oder Prototypen vollautomatisiert und ohne Werkzeuge industriell fertigen. Die 3D-Drucker werden in Deutschland produziert. (Bild: Voxeljet)

Platz 8: AectualIn Amsterdam ist das Startup Aectual ansässig. Das Unternehmen möchte in der Bauindustrie durchstarten mit automatisiert gefertigten Böden, Fassaden oder auch Treppen. Der Rohstoff stammt aus 100 Prozent recyceltem Kunststoff, sodass das Startup sich auch Nachhaltigkeit auf die Fahnen schreiben kann. (Bild: Aectual)

Platz 7: WinsunWinsun aus China bezeichnen sich selbst als 3D-Druck-Architekten. Das Unternehmen aus Shanghai gibt an, Häuser innerhalb von nur 24 Stunden per 3D-Druck herstellen zu können. Der Druckerarm hängt dazu auf zwei verfahrbaren Portalen. ‚Gedruckt‘ wird mit Bauschutt und Industrieabfall, der mit Beton vermischt wird. (Bild: Winsun)

Platz 6: ImprimereDas Schweizer Unternehmen Imprimere möchte laut eigenen Worten die Bauindustrie digitalisieren. Dazu bietet die Firma einen 3D-Drucker, der wie ein Roboterarm an einem Portal hängt. So besitzt der Drucker lange Verfahrwege und kann ein ganzes Haus erstellen. Einzige Bedingung: Man benötigt einen festen Untergrund – am besten ein Fundament – als Aufstellort. – (Bild: Imprimere)

Platz 5: StratasysMit dem Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator lassen sich große Werkzeuge und Produktionsteile herstellen. Die Anlage ist auf Präzision, Wiederholbarkeit und Geschwindigkeit ausgelegt und soll so die kundenspezifische OEM-Produktion und den On-Demand-Aftermarket revolutionieren. Das teilt der US-amerikanische Hersteller Stratasys mit. – (Bild: Stratasys)

Platz 4: MillebotAus den USA kommt das Startup Millebot. Das Unternehmen produziert mit dem Mille LE den ersten Großformat-Drucker in einem Container. Es handelt sich um eine Hybrid-Maschine, die eine Kombination aus ‚Fused Deposition Fabrication‘ mit CNC bietet. So lassen sich neben Plastik auch Werkstücke aus Materialien wie Glas oder Ton drucken und fräsen. (Bild: Millebot)

Platz 3: Tractus 3DDas niederländische Unternehmen Tractus 3D produziert mit dem T3500 einen der weltweit größten Delta-3D-Drucker. Der Drucker wiegt nur 175 Kilogramm und kostet 44.500 Euro. Gegründet wurde die Firma von Daniël van Mourik, der sich schon als Kind gerne Neues ausgedacht hat. (Bild: Tractus 3D)

Platz 2: Cazza ConstructionDas Unternehmen Cazza Construction Technologies stammt aus Dubai. Die 3D-Drucker des Unternehmens sehen aus wie Roboter und sind in der Lage, bis zu 5 Meter hohe Gebäude ‚auszudrucken‘. Da sich die Roboter auf einer mobilen Plattform befinden, können sie auf der Baustelle selbstständig umherfahren und dort arbeiten, wo sie gebraucht werden. (Bild: Cazza)

Platz 1: Apis CorDas russische Startup Apis Cor bezeichnet sich selbst als erstes Unternehmen, das in der Lage ist, ein komplettes Haus auf der Baustelle per 3D-Druck zu erstellen. Die Baukosten sollen so im Vergleich zu traditionellen Bauverfahren um bis zu 40 Prozent sinken. Firmengründer Nikita Chen-yun-tai (siehe Foto) möchte mit seinem 3D-Drucker auch beteiligt sein, wenn die ersten Häuser auf dem Mars entstehen. (Bild: Apis Cor)

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