3D-Druck-Werkstoffe von Igus

3D-gedruckt so gut wie gespritzt

Die additive Fertigung und neuartige Hochleistungskunststoffe sind zwei moderne Technologien, die sich gut ergänzen. Kombiniert garantieren sie Freiheit in der Konstruktion bei gleichzeitiger Verschleißfestigkeit. Um das zu erreichen, erforscht und entwickelt Igus neue 3D-Druck-Werkstoffe für Anwendungen in Bewegung.

Über den 3D-Druckservice erhalten Kunden in nur wenigen Schritten ihre 3D-gedruckten Bauteile. (Bild: Igus)

Mit den inzwischen sechs Tribo-Filamenten im Programm können nicht nur Gleitlager oder komplexere Baumformen hergestellt, sondern auch direkt in industriellen Anwendungen betrieben werden. Darüber hinaus hat Igus Ende des letzten Jahres das erste Tribo-SLS-Pulver für das selektive Lasersintern vorgestellt. „Das Lasersintern ist im 3D-Druck bekannt für eine höhere Präzision im Vergleich zum FDM-Verfahren“, erklärt der verantwortliche Produktmanager Tom Krause. Außerdem erreichen die Bauteile eine höhere Festigkeit. Beim Lasersintern sind keine Stützstrukturen nötig, da das lose Pulver, das vom eingesetzten Laser nicht aufgeschmolzen wird, als Stützmaterial fungiert. So sind an den Bauteilen weniger Nacharbeiten nötig, die gefertigten Teile können direkt eingesetzt werden.

Tribo-Filament setzt sich gegen ABS-Material durch

Dass die gedruckten Teile längst über das Stadium von reinen Prototypen-Anwendungen hinaus sind, zeigen ausführliche Testreihen im 2.750 Quadratmeter großen Testlabor. Dort traten Igus-Tribo-Filamente aus dem Iglidur-Werkstoff J260 gegen herkömmliche 3D-Druck-Filamente (ABS) sowie Spritzgussteile aus dem gleichen Igus-Werkstoff an. Im Ergebnis zeigte sich, dass die Verschleißfestigkeit der aus dem Tribo-Filament gedruckten Gleitlager im rotierenden wie auch linearen Versuch vergleichbar mit den klassischen Spritzgusskomponenten war, und das sogar auf beiden Wellen. Damit stehen die gedruckten Komponenten den gespritzten Komponenten in puncto Verschleißfestigkeit kaum nach.

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Zugleich wurde in den Tests erneut deutlich, dass die Reibwerte des Tribo-Filamentes gerade im Vergleich zu herkömmlichen 3D-Druck-Materialien besonders niedrig sind. So kam es bei dem Versuchsaufbau ABS gegen Tribo-Filament im rotierenden Test auf der Edelstahlwelle sogar zum Totalausfall des ABS-Teils, während die Reibverluste beim Tribo-Filament immer noch niedrig waren.

Ob Komponenten für den Druckerbau oder Werkstoffe zum Drucken – Hochleistungskunststoffe von Igus spielen im 3D-Druck ihre Stärken aus. (Bild: Igus)

Gerade für den Anwender, der ganz spezielle Abmessungen benötigt, diese schnell und in begrenzter Stückzahl, kann die innovative 3D-Technik, die „additive Fertigung“, die Lösung sein. Igus stellt Produkte aus Hochleistungskunststoffen für bewegte Anwendungen her. Neben dem Spritzguss hat sich dabei vor allem die Bearbeitung von Halbzeugen als preiswerte Methode etabliert, kundenindividuelle Wünsche umzusetzen. Wartungs- und schmierungsfreie Halbzeuge aus insgesamt 25 Iglidur-Werkstoffen stehen bereit, um nach den Angaben des Anwenders aus Rundstäben oder Platten in die passende Form gefräst zu werden. Damit können Prototypen, Testmuster und kleinere Serien in freier Gestaltung produziert werden, entweder durch den Kunden selbst oder in mechanisch endbearbeiteten Wunschformen, die innerhalb von drei bis fünf Tagen geliefert werden.

Einen Schritt weiter noch geht jetzt die Verbindung von 3D-Druck mit dem Spritzguss. Auf dem Rechner können Werkzeugformen in freier Formgebung modelliert, Änderungen am Design leicht vorgenommen und selbst aufwändige Details kostengünstig ausgedruckt werden, wobei komplexe Formen genauso teuer sind wie einfachere. Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss mit Metallformen können durch die Verfahrenskombination Serien bis 500 Stück kostensparend hergestellt werden.

Werkzeugformen in wenigen Stunden

Grundsätzlich können Spritzgussformen nach der FDM- oder der SLS-Methode gedruckt werden. Bei der Schmelzschichtung nach FDM wird das Werkstück schichtweise aus einem flüssigen Kunststoff aufgebaut. Für auskragende Bauteile sind Stützkonstruktionen notwendig, die nachträglich entfernt werden müssen. Igus setzt daher auf das selektive Lasersintern (SLS). So können innerhalb weniger Stunden - von der Konstruktion mit dem CAD-Tool bis zum Druck - und zu geringen Vorkosten Werkzeugformen für die Spritzgussmaschine gefertigt werden. Interessant ist diese Möglichkeit aber nicht nur für Sonderteilen in kleiner Serie, sondern auch für die Erprobung neuer Muster. Während bisher der finale Dauertest mit teuren und zeitintensiven Spritzguss-Teilen erfolgen musste, weil sich das Muster in seiner Qualität zu sehr vom Serienteil unterschied, kann nun zu deutlich reduzierten Kosten ein authentisches Sonderteil für die Testphase gedruckt werden.

Die Auswahl des richtigen Werkstoffmaterials ist entscheidend, sowohl für die Werkzeugform wie für das finale Bauteil. Allerdings ist die Auswahl unter den zur Verfügung stehenden Werkstoffen, die mit den 3D-gedruckten Spritzgusswerkzeugen gespritzt werden können, in diesem Bereich bis dato eher gering. Einige kleinere Anbieter haben zwar bereits Spritzgusswerkzeuge aus dem 3D-Drucker im Programm, diese aber sind auf Materialien mit bestimmten Standardeigenschaften beschränkt.

Wer jedoch besondere Werkstoffeigenschaften und eine hohe Lebensdauer in bewegten Anwendungen in kurzer Zeit benötigt, kann jetzt auch auf einen großen Teil der Hochleistungskunststoffe aus getesteten Tribo-Polymeren von Igus zurückgreifen. Die Iglidur-Werkstoffe sind schmier- und wartungsfrei und senken so die Kosten beim Anwender. Darüber hinaus hat jeder Werkstoff seine ganz spezifischen Qualitäten, die für eine Vielzahl von Anwendungen und damit unterschiedlichste Branchen nutzbar sind. Besondere Chemikalien- oder Temperaturbeständigkeit sind dafür Beispiele, ebenso wie etwa FDA-Konformität oder Hochlast. as

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