Jacobs University Bremen entwickelt größten Delta-3D-Drucker

Den Bau von Prototypen effizienter, kostengünstiger, schneller und flexibler gestalten – das wird mit dem weltweit größten industriellen Delta-3D-Drucker möglich sein. Die vier Meter hohe Maschine wurde von der Forschungsgruppe von Professor Yilmaz Uygun an der Jacobs University Bremen entwickelt. Das von der Kieserling Stiftung geförderte Projekt hat ein vielversprechendes Potenzial für die industrielle Anwendung und weitere Forschungs- und Kooperationsmöglichkeiten für die Universität Bremen-Nord.

In Branchen wie dem Ersatzteilmanagement, dem Prototypenbau oder dem Maschinen- und Anlagenbau werden regelmäßig individualisierte Teile benötigt, was diese Branchen vor eine Herausforderung stellt: Die Teile sind einerseits komplex aufgebaut, werden aber andererseits nur in kleinen Stückzahlen benötigt. Konventionelle Fertigungsverfahren sind für die Produktion solcher Einzelteile kaum geeignet. Es ist unwirtschaftlich, manchmal sogar unmöglich, diese notwendigen Teile – je nach Größe und Komplexität – zu produzieren.

An dieser Stelle setzt das Projekt von Professor Yilmaz Uygun und seinem Team an der Jacobs University Bremen an. Unterstützt von der Kieserling Stiftung hat das Forscherteam um Serkan Özkan innerhalb kürzester Zeit den weltweit größten industriell nutzbaren Delta-3D-Drucker entwickelt. Dieses additive Fertigungsverfahren ermöglicht es, komplexe Einzelteile für Prototypen, die sich noch in der Testphase befinden, effizient herzustellen. So kann deren Design flexibel und wirtschaftlich an die Testergebnisse angepasst und bei Bedarf erneuert werden.

Der 3D-Drucker ist über vier Meter hoch und bietet eine Druckfläche mit einem Radius von bis zu 1,5 Metern und eine Druckhöhe von bis zu 2,5 Metern – und ist damit aufgrund seiner Konstruktion einmalig. Der Druckkopf schwebt über der Druckplatte und ist an drei Armen befestigt, die ein Dreieck – ein Delta – bilden. Über die Arme kann der Druckkopf in jede Richtung bewegt werden. Die sich daraus ergebende Druckfläche ermöglicht den Druck von außergewöhnlich großen Teilen.

Die gedruckten Teile, die im additiven Fertigungsverfahren entstehen, werden derzeit im Rahmen eines Universitätsprojekts in vertikalen Windkraftanlagen eingesetzt. Weitere Projekte für verschiedene Branchen sind geplant. Die Druckgeschwindigkeit liegt derzeit bei etwa 5 kg pro Stunde – abhängig von der Komplexität des gewünschten Ausdrucks.

Sowohl die Geschwindigkeit als auch das Druckmaterial – derzeit Filament, also Fäden aus herkömmlichen Kunststoffen wie PLA, PET oder ABS – sind Aspekte, in denen Uygun für die Zukunft noch großes Potenzial sieht.

Überschüssiges Material, das als Trägerstruktur für gebogene und feine Teile gedruckt und anschließend entsorgt wird, könnte geschreddert und als Granulat recycelt werden:

“Wir entwickeln derzeit einen Pellet-Extruder, mit dem wir Pellets herstellen und als Ausgangsmaterial anstelle von Filament verwenden können”, so Uygun. “Dadurch wird der Kohlenstoff-Fußabdruck radikal reduziert. Darüber hinaus können wir die Kosten senken, die Lieferkette sichern und die Unabhängigkeit von bestimmten Lieferanten und Regionen gewährleisten”, erklärt der Professor für Logistik an der Jacobs University.

Einen weiteren Schwerpunkt legen Uygun und sein Team auf die Weiterentwicklung des Qualitätsmanagements im Druckprozess. Eine Maßnahme, an der sie arbeiten, ist ein kamerabasiertes System, das den Druckprozess visuell überwacht. Langfristig soll sich “Honeycomb”, so der Name des 3D-Druckers, bei Abweichungen im Druck selbst korrigieren.

“Unser Ziel ist es, Honeycomb direkt in die Produktion zu bringen. Wir haben mehrere Ideen, um den Druck zu beschleunigen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.” Das Team erforscht den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Druckköpfe mit unterschiedlich großen Düsenöffnungen, die für unterschiedlich komplexe Produktgeometrien und mit entsprechend unterschiedlichen Geschwindigkeiten eingesetzt werden könnten. “Wenn dies erfolgreich ist, könnte das System direkt in der Produktion eingesetzt werden”, so Uygun.

Sie wählten den Namen Honeycomb, weil er die innere Struktur der gedruckten Teile beschreibt. Die Wabenstruktur führt zu einem Ergebnis mit weniger Material und das hergestellte Teil ist leicht und stabil. Ein weiterer Beitrag zu Effizienz und Nachhaltigkeit.

“Es gibt bereits mehrere Interessenten für Pilotprojekte”, sagte Uygun.

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