Vom Design-Schreibtisch zur Fabrikhalle

Daniel Princ, Leiter der Produktion P3 EMEA & APAC bei Stratasys, zum Thema Serienproduktion mit der Additiven Fertigung

Vor zehn Jahren war der 3D-Druck nur selten ein Thema für die Fertigung im großen Maßstab, obwohl die Technologie viele Vorteile bietet. In diesem Beitrag geht Daniel Princ, Head of Production, P3 EMEA & APAC bei Stratasys, der Frage nach, warum Hersteller bei der Suche nach flexiblen Produktionslösungen die neueste Generation von 3D-Druckern wieder in Betracht ziehen sollten.

„Eines der größten Schlagworte in der 3D-Druck-/Additive Manufacturing (AM)-Branche ist „Produktion“. Die Technologien, aus denen sich das AM-Ökosystem zusammensetzt, haben sich in den letzten 30 Jahren in fast allen Fertigungsbereichen als „Go-to“-Lösung für das Prototyping etabliert. Sie haben sogar bei Endanwendungen wie Ersatzteilen oder Fertigungswerkzeugen Fuß gefasst. Der Traum der Industrie war es jedoch immer, AM als echte Produktionstechnologie zu sehen, die mit Spritzguss und maschineller Bearbeitung für Massenproduktionsanwendungen konkurrieren kann.

Es ist nicht einfach, die Produktionsfähigkeit zu erreichen. Eine Kombination aus Materialqualität, Wiederholbarkeit, Prozessstabilität, Prozessgeschwindigkeit, Teilequalität und Kosten pro Teil muss den etablierten traditionellen Verfahren überlegen sein. Wenn man mit jahrzehnte- oder gar jahrhundertealten Technologien konkurriert, liegt die Messlatte in der Tat sehr hoch! Mit den jüngsten Fortschritten sollten Hersteller nun jedoch AM in jeder Phase ihres Prozesses in Betracht ziehen, vom Entwurf bis zur Serienproduktion.“

Optimierung der Additiven Fertigung für den Produktionsmaßstab

„Mit der Programmable PhotoPolymerization P3-Plattform von Stratasys können Hersteller Hunderte von Produktionsherausforderungen mit einem einzigen hochflexiblen System lösen. Ursprünglich als Materialentwicklungsreaktor konzipiert, hat sich die P3-Plattform als produktionsfähige 3D-Drucktechnologie erwiesen, die eine neue Welt der Möglichkeiten eröffnet.


P3 ist eine Weiterentwicklung der bewährten DLP-Technologie (Digital Light Processing) für AM. Die Teiledateien werden in Scheiben geschnitten und diese Scheiben werden einzeln auf eine mit Harz bedeckte Bauplatte projiziert. Durch die Manipulation von vier hochgradig kontrollierbaren physikalischen Parametern (Licht, Umgebungsstabilität, pneumatische Trennung und Bewegung) mit einer leistungsstarken Software-Engine ist P3 in der Lage, die inhärenten Vorteile von DLP zu maximieren und eine größere Materialauswahl, einen höheren Durchsatz und eine bessere Wiederholbarkeit zu ermöglichen.

Bedarf an Geschwindigkeit

Da die P3-Plattform eine ganze „Scheibe“ eines Teils als ein einziges Bild projiziert, härtet sie den gesamten Bereich in einem Durchgang aus, anstatt ihn Punkt für Punkt abzufahren. Dadurch wird der Druckprozess erheblich beschleunigt, während gleichzeitig Teile bis zu einer Größe von 192 x 108 x 370 mm oder mehrere verschachtelte Teile im gleichen Volumen möglich sind. 

Qualität der Teile

Eine weitere historische Einschränkung von AM, die durch technologische Innovationen überwunden werden kann, ist die Oberfläche des fertigen Teils. Traditionell war das Spritzgießen in Bezug auf die Oberflächengüte nicht zu übertreffen. Aber durch die strenge Kontrolle und die inhärente Stabilität des Prozesses können die mit der P3-Technologie hergestellten Teile in Bezug auf Oberflächengüte und Ästhetik mit dem Spritzguss mithalten. Und natürlich können sie in Geometrien hergestellt werden, die im Spritzgussverfahren nicht realisierbar sind.

Das Material zählt!

Vor einem Jahrzehnt schieden die verfügbaren Photopolymer-Materialien für AM als Produktionstechnologie sofort aus. Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Temperaturbeständigkeit und Elastizität waren für viele potenzielle Anwendungen nicht ausreichend. Im Gegensatz dazu können wir heute, dank der Fortschritte in der Digitalisierung, den Polymerisationsprozess in viel größerem Umfang messen und steuern. Infolgedessen ist eine große und wachsende Zahl von Unternehmen, die sich auf die Herstellung von Spezialwerkstoffen spezialisiert haben, in der Lage, die Leistungsfähigkeit der P3-Plattform zu nutzen, um die Werkstofftechnologie auf ein neues Niveau zu bringen. BASF, Covestro, Henkel und andere haben eine Auswahl an Photopolymer-Werkstoffen geschaffen, die noch vor wenigen Jahren undenkbar gewesen wäre. 

Wir sehen heute: 

  • Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern – mit einer Wärmeformbeständigkeit von bis zu 80 °C.
  • Biokompatible Materialien mit ISO 10993-5 und ISO 10993-10 Zertifizierung.
  • Materialien mit Eigenschaften, die denen von Polypropylen, ABS und handelsüblichen TPUs entsprechen.

Diese Materialeigenschaften sind mit herkömmlichen Fertigungsmethoden verfügbar, aber mit der additiven Fertigung sind sie mit einem neuen Maß an Produktionsflexibilität und Designfreiheit zugänglich.

Skalierbare Software

Darüber hinaus hat Stratasys kürzlich seine GrabCAD® Additive Manufacturing Platform entwickelt, eine offene und unternehmensfähige Softwareplattform, die es Herstellern ermöglicht, AM-Prozesse im Produktionsmaßstab zu verwalten. Damit erhalten Hersteller eine Software, die für die besonderen Anforderungen von AM im Produktionsmaßstab über den gesamten digitalen Prozess – vom Design bis zur Produktion – entwickelt wurde und gleichzeitig in die Industrie 4.0-Infrastruktur und Unternehmensanwendungen integriert werden kann.

Bahnbrechende Anwendungsfälle

Es gibt so viele Dinge, die Hersteller mit der P3-Technologie tun können, dass sich die Frage stellt, was sie wirklich tun sollten. Hier sind vier großartige Möglichkeiten für heute:

  • Elektrische Anschlüsse, Adapter und Verdrahtungshalterungen: Sie sind klein genug, um effizient in das P3-Bauvolumen integriert zu werden, und ermöglichen einen erheblichen Produktionsumfang. Kann für hochtemperaturbeständige, schlagfeste oder ABS- und PP-ähnliche Materialien verwendet werden.
  • Industrielle Maschinenkomponenten – Gehäuse, Knöpfe, Clips, Dichtungen und Dichtungsringe: Nutzen Sie die Vorteile des Produktionsdurchsatzes für die Serienfertigung und die hervorragende Oberflächengüte. Es können ABS- und TPU-ähnliche Harze, klare flexible Harze oder haltbare, kostengünstige Harze verwendet werden.
  • Komponenten für medizinische Geräte: Nutzen Sie die medizinischen und biokompatiblen ABS- und PP-ähnlichen Materialien auf der P3 für maximale Flexibilität bei der Herstellung von biokompatiblen Gehäusen, Flüssigkeitszufuhrsystemen und mehr.
  • Formen für die Niederdruck- und Niedertemperaturspritzguss: Mit den schnell zu druckenden und zu verarbeitenden Harzen lassen sich Formen für Schuhteile, PU-Formen oder Musterformen mit hervorragender Oberflächenqualität herstellen.

Jenseits dieser Beispiele wartet eine Welt voller Möglichkeiten, und mit der fortschreitenden Materialentwicklung wird die P3-Plattform in Zukunft nur noch vielseitiger werden und noch mehr Fertigungsaufgaben lösen. Wenn das Bauteil, das Material und der Prozess erst einmal harmonisch aufeinander abgestimmt sind, kann AM andere Technologien in der Produktion wirklich herausfordern.“

Unser Fazit: die P3 Technologie revolutioniert die Additive Fertigung, und eine Serienproduktion mit 3D- Druck hat längst Einzug gehalten in fortschrittlichen und innovativen Produktionsunternehmen.

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