Kunststofftröpfchen generieren Teile: Technologie profitiert von Spritzgieß-Know-how

Arburg produziert jetzt auch 3D-Drucker

Mit dem „Freeformer“ sieht Arburg eine neue Ära der Kunststoffverarbeitung anbrechen – die der additiven Fertigung von funktionsfähigen Bauteilen als Einzelteile und in Kleinserien Bild: Arburg
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Spritzgießmaschinenhersteller Arburg steigt in den Markt des Additiv Manufacturing ein und präsentierte zur Kunststoffmesse K seinen ersten „Freeformer“ – einen 3D-Drucker, der Kunststoffteile aus Schmelzetröpfchen produziert, werkzeuglos und „frei formend“.

Herbert Kraibühler, technischer Geschäftsführer von Arburg, bezeichnet die lange vorbereitete Entwicklung als wichtigsten Meilenstein, seit das Unternehmen vor rund 50 Jahren seine erste Spritzgießmaschine „Allrounder“ auf den Markt brachte. Die Entwicklung zielt auf die Herstellung von Teilen in Kleinserien ab Losgröße 1.

Bei dem neuen Prozess „Arburg-Kunststoff-Freiformen“ (AKF) werden Schmelzetröpfchen entsprechend den CAD-Daten über eine Piezodüse schichtweise aufgetragen und so additiv Bauteile generiert. Der Clou ist, dass dafür übliches Kunststoff-Granulat zum Einsatz kommt, wie beim Spritzgießen. Es lassen sich sogar zwei unterschiedliche Materialien oder Farben verarbeiten. Der Prozess benötigt keine Stützstrukturen. Das Ergebnis sind funktionsfähige Teile, die sich kaum von Spritzgussteilen unterscheiden.
Mit dem „Freeformer“ sieht Arburg eine neue Ära der Kunststoffverarbeitung anbrechen – die der additiven Fertigung von funktionsfähigen Bauteilen als Einzelteile und in Kleinserien. Zur Messe K stellte der Spritzgießmaschinenbauer seine Neuerung im Wortlaut so vor:
„…Wichtig war zu allererst, dass handelsübliche Kunststoffgranulate zum Einsatz kommen können und keine vorkonfektionierten Lieferformen wie Pulver oder Stränge, welche das Material, die Verarbeitung und damit auch die Teile teuer werden lässt. Hinzu kommt ein geringer Materialverbrauch, weil der Freeformer stützstrukturlos arbeiten kann und daher keinen Abfall produziert. Das schont Ressourcen und macht die Fertigung wirtschaftlich. So lassen sich Funktionsteile hochflexibel herstellen.
Das Rad muss man nicht neu erfinden. Das dachten sich auch die Arburg-Techniker bei der Entwicklung des Freeformers. Sie gaben der neuen Maschine eine konventionelle, weil bewährte Materialaufbereitung mit auf den Weg, die prinzipiell wie beim Spritzgießen funktioniert. Das Standard-Kunststoffgranulat wird in die Maschine eingefüllt. Ein beheizter Plastifizierzylinder sorgt für eine optimal vorbereitete Kunststoffschmelze an der sogenannten Austragseinheit. Deren patentierter Düsenverschluss mit hochfrequenter Piezotechnik ermöglicht schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen und erzeugt so unter Druck die Kunststofftröpfchen, aus denen sich „Tröpfchen für Tröpfchen“ additiv das gewünschte Kunststoffteil aufbaut.
Neu gedacht wurde das Prinzip der beweglichen und starren Komponenten der Maschine. Beim Freeformer bleibt die Austragseinheit mit Düse genau in ihrer vertikalen Position. Stattdessen bewegt sich der Bauteilträger. Neben einen serienmäßig über drei Achsen beweglichen Bauteilträger steht optional eine Variante mit fünf Achsen zur Verfügung, zum Beispiel zur Umsetzung von stützstrukturlosen Hinterschnitten.
Der große Vorteil der 5-Achs-Variante: Stützstrukturen wie sie bei vielen anderen Verfahren der additiven Fertigung erforderlich sind, werden in der Regel überflüssig. Die Bauteile sind nach ihrer Fertigung ohne Nacharbeit sofort einsatzbereit.
Die hohe Flexibilität in der Verarbeitung war eine der wichtigsten Voraussetzungen, die bei der Entwicklung des Freeformers berücksichtigt wurde. Deshalb können zum Beispiel mit einem Freeformer, der über zwei Austragseinheiten verfügt, auch zwei Materialien oder Farben kombiniert verarbeitet werden. Damit sind additiv beispielsweise auch bewegliche Hart-Weich-Kombinationen oder Teile mit spezieller Optik und Haptik herstellbar, bei denen beide Komponenten sicher verbunden sind.
Schließlich hat Arburg auch beim Freeformer den bei den Spritzgießmaschinen eingeschlagenen Weg, komplexe Technik einfach beherrschbar zu machen und selbst zu entwickeln, stringent weiterverfolgt. Damit wird die additive Fertigung genial einfach: Die für den flächendeckenden Aufbau der Teile notwendigen Parameter generiert die eigenentwickelte Steuerung des Freeformers. Sie bekommt die 3D-CAD-Daten der herzustellenden Bauteile als STL-Files, bereitet sie durch Slicing automatisch auf und die Produktion kann starten. Spezielle Programmier- oder Verarbeitungskenntnisse oder umfangreiche Schulungen sind nicht erforderlich. Der über Gesten gesteuerte Multi-Touchscreen tut ein Übriges für mehr Freude am Arbeitsplatz. Mühelos einwandfreie Teile herzustellen, macht mit dem Freeformer „einfach“ Spaß.
Die Bauteile entstehen auf dem Freeformer durch die flüssigen Kunststofftröpfchen völlig staub- und emissionsfrei. Deshalb eignet sich die Maschine für praktisch jede Einsatzumgebung. Egal ob in der Produktion, im Büro, in der Konstruktion oder in einem medizintechnisch sauberen Umfeld. Absaug- und Filtereinrichtungen sind nicht notwendig.
Mobil und universell nutzbar werden die Freeformer auch durch Plug-and-play. Die Maschine ist nicht nur überaus kompakt, sondern auch sofort produktionsbereit: Einfach Stecker anschließen und los geht die Teileherstellung.
Mit der Realisierung des Freeformers geht Arburg einen Schritt hin zur Verbreiterung der gesamten Produktionsanforderungen in der Kunststoffverarbeitung. Konnten sich die Kunden bislang schon auf die Expertise des Unternehmens in Sachen Spritzgießen und damit für die Großserienfertigung von Kunststoffteilen verlassen, gilt dies ab sofort auch für die wirtschaftliche Herstellung kleiner Serien bis hin zum One-piece-flow. Qualität zu wirtschaftlichen Stückkosten und damit eine produktionseffiziente Herstellung schließt jetzt auch den Bereich der additiven Fertigung mit ein. Unabhängig von der Branche bieten der neue Freeformer und das Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF) allen Kunden vom Automotive-Sektor bis hin zur Medizintechnik oder dem Konsumgüter-Bereich genau gleich viele neue Freiheiten. Auch völlig neue Einsatzfelder sind nicht ausgeschlossen. Auf der K 2013 sind zwei der revolutionären neuen Maschinen zu sehen, auf denen Ein- und Zwei-Komponenten-Teile gefertigt werden.
Wer sich näher mit ihnen und ihrem Arbeitsprinzip beschäftigt, wird sehen, dass der Slogan, mit dem das Unternehmen für seinen Freeformer wirbt, nicht übertreibt: Formen Sie Ihre Welt frei!“ – soweit die Erklärungen von Arburg zum neuen Freiformer. os
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