3D-Druck in F&E und Universitäten

Innovation bedeutet gleichzeitig Entwicklung neuer Teile, unabhängig von Unternehmensbranchen oder deren Größe. Doch diese Entwicklung kann sehr kostenintensiv ausfallen, da besagte Teile oftmals mehrfach in verschiedenen Ausführungen hergestellt werden müssen, insbesondere bei Verwendung von hochwertigen und teuren Materialien. Der Prozess der Designänderung nimmt zudem wertvolle Zeit der Ingenieure in Anspruch. Abhilfe schaffen hier Additive Fertigungstechnologien. Mit den neuen Technologien lassen sich Bauteile in der Entwicklung nicht nur effizienter herstellen, die Handhabung bei Designänderungen ist ebenfalls kürzer und effektiver.

Das Fused Filament Fabrication (FFF) Verfahren, ein 3D-Druckverfahren bei welchem ein Kunststoffstrang, das Filament, durch den Druckkopf unter Einsatz hoher Temperaturen geschmolzen und Schicht für Schicht zum fertigen Bauteil gefertigt wird, liefert eben diese Effizienzsteigerung für den F&E Bereich. Die Technologie sorgt dafür, dass kein Materialverlust während der Herstellung von Bauteilen entsteht und ermöglicht somit eine kostensparende Alternative zu Fertigungswerkzeugen wie dem CNC-Fräsen. Zudem lassen sich Designänderungen schnell und unkompliziert an den notwendigen CAD-Dateien vornehmen und ohne großen Aufwand erneut als Prototyp fertigen. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren, wie dem Spritzguss, ein entscheidender Zeitvorteil. Dank Forschungsleistungen der Apium Additive Technologies GmbH lassen sich seit einiger Zeit auch Hochleistungspolymere mit dem FFF Verfahren verarbeiten. Hochleistungspolymere wie Polyetheretherketon (PEEK), welches herausragende Eigenschaften bezüglich Resistenzen gegenüber Temperaturen, Abnutzung oder Chemikalien besitzt. Damit eröffnet sich der Weg des 3D-Druckverfahrens für den Einsatz in F&E Abteilungen.

Mit der 3D-Drucktechnologie FFF lassen sich zudem deutlich komplexere Geometrien erstellen als dies mit konventionellen Fertigungsverfahren möglich wäre. So lassen sich bspw. Überhänge oder Hohlräume ohne großen Aufwand mit 3D-Druckern fertigen. Ebenso ermöglicht der 3D-Druck die Erzeugung von Bauteilen in Leichtbauweise durch Wabenstrukturen, wodurch sowohl Gewicht als auch Material, unter gleichbleibender Belastungsfähigkeit, gespart werden kann. Entscheidende Vorteile in Bezug auf die Entwicklung neuer Teile, da dadurch bisherige Designgrenzen durchbrochen werden.

Der Apium P155 als Entwicklungswerkzeug für F&E

Die Apium Additive Technologies GmbH bietet mit dem Apium P155 einen Hochleistungspolymer verarbeitenden 3D-Drucker, welcher auf der FFF Technologie basiert und ein innovatives Werkzeug für die Entwicklung von hochkomplexen Bauteilen darstellt. Designs neuer Teile können in einem zeitsparenden Prozess in verschiedenen Ausführungen erstellt werden, ohne dabei Materialabfall zu erzeugen.

Im Vergleich zu konventionellen Verfahren kann diese Technologie dank der benutzerfreundlichen Oberfläche in kürzester Zeit beherrscht und eingesetzt werden. Der Apium P155 ist speziell für PEEK und andere technische Kunststoffe konzipiert, wodurch funktionelle Teile aus diesen Materialien hergestellt werden können. Entscheidend ist Apiums FFF-3D-Drucktechnologie, welche den Prozess der Verarbeitung semi-kristalliner Polymere beherrscht.

Dadurch ist es möglich, den kristallinen Anteil während des Druckvorgangs zu kontrollieren. Ohne das Know-how des Kristallisationsvorganges können semi-kristalline Thermoplaste nicht in gewünschter Weise verarbeitet werden und es kommt zu Qualitätsverlusten. Neben dem Schmelzvorgang gilt es auch den Abkühlvorgang in Bezug auf die Kristallisation zu meistern. Bei einem fehlerhaft durchgeführten Abkühlvorgang kann das Bauteil in seinen Material- und Formeigenschaften nachhaltig negativ beeinflusst werden. Zudem kommt es bei thermoplastischen Materialien sehr schnell zu Verzug und Schwindung. Um dem entgegenzuwirken, ermöglicht der Apium P155 mithilfe der Temperierung des eingesetzten Polymers eine verstärkte Schichthaftung und behebt dadurch Spannungen im Bauteil. Mit der Beherrschung des Schmelz- und Abkühlprozesses können die genannten Probleme behoben werden, wodurch sich der Apium P155 als Entwicklungstool für F&E Abteilungen auszeichnet.

3D-Druck für Universitäten

Die Forschung weltweiter Universitäten befasst sich mit innovativen Ansätzen zur Verarbeitung von Werkstoffen, wie Polymeren. Dabei liegen mit additiven Fertigungsverfahren, insbesondere den 3D-Druckverfahren, wegweisende Hilfsmittel für die Erforschung neuer Herstellungsmöglichkeiten vor. Die Fused Filament Fabrication Technologie bietet sich auch hierbei an. Das innovative Verfahren kann dabei als Grundlage für die Erkennung und Nutzbarmachung seiner Eigenschaften für die Fertigung von Teilen zum Einsatz in verschiedenen Anwendungen, abgesehen vom Prototyping, dienen. So können Universitäten bspw. mit dem Apium P155, einem flexibel verwendbarem 3D-Drucker, wertvolle Studien mit industriellen Unternehmen durchführen und dadurch die Herstellung von Teilen revolutionieren. Der 3D-Druck lässt sich dabei nicht nur für die Fertigung von industriell verwendbaren Teilen nutzen, auch medizinische Forschungsarbeit für die Entwicklung von Implantaten ist hier denkbar. Eine Kooperation zwischen der Apium Additive Technologies GmbH und der Charité Berlin zu diesem Zwecke verdeutlicht die aktuelle Relevanz dieses Themas.