Kosten sparen durch 3D-Druck 3D-Druck auf dem Vormarsch

Redakteur: Susanne Reinshagen

Wie die additive Fertigung dabei hilft, Verschleiss zu reduzieren und Kosten zu sparen.

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In Tests zeigte sich, dass die 3D-gedruckten Lager in puncto Verschleiss­festigkeit nicht nur ABS-Teilen
In Tests zeigte sich, dass die 3D-gedruckten Lager in puncto Verschleiss­festigkeit nicht nur ABS-Teilen
(Bild: Igus)

Neben der Digitalisierung der gesamten Wirtschaft gilt der 3D-Druck aktuell als eines der grossen Innovations-Themen. Die Vision von Losgrösse 1 wird damit zur Realität und ermöglicht beispielsweise die personalisierte Serienfertigung von Möbeln, Schuhen oder Uhren. Aber auch der Maschinenbau profitiert von der additiven Fertigung. Und die Umsätze im Bereich 3D-Druck explodieren derzeit regelrecht — von 3,1 Milliarden Dollar im Jahr 2013 auf 21 Milliarden Dollar im Jahr 2020, so die Hochrechnung. Das entspricht einem Wachstum von 700 Prozent innerhalb von nur sieben Jahren. Auf eine vergleichbare Weise entwickeln sich die Zahlen der ausgelieferten 3D-Drucker. Diese lagen 2015 bei 245 000 Stück — für das Jahr 2019 erwarten Marktforscher bereits den Verkauf von 5,6 Millio­nen Geräten weltweit.

Dynamisches Duo: Material und Drucker

Dabei gehören zu der additiven Fertigung immer zweierlei Dinge: präzise 3D-Drucker sowie leistungsstarke Werkstoffe. Letztere müssen den speziellen Anforderungen der Schmelz- und Schwindungs­prozesse im 3D-Druck genügen und dürfen dabei nicht ihre charakteristischen Materialeigenschaften verlieren. Der Motion-plastics-Spezialist igus bietet seit 2014 verschleissfeste Tribo-Filamente für den 3D-Druck, wobei das Sortiment ständig erweitert wird. Damit lassen sich Lager, Zahnräder, Linearschlitten und viele weitere Verschleissteile in individuellen Abmessungen als Einzelteile, Prototypen oder Kleinserien kostengünstig und schnell produzieren. Neuster Vertreter ist das am einfachsten zu verarbeitende iglidur I150-PF für das FDM-Verfahren.

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Die leichte Verarbeitbarkeit macht das Filament äusserst kostengünstig. Zudem zeichnet sich der Werkstoff durch eine hohe Verschleissfestigkeit aus, die eine lange Lebensdauer des gedruckten Bauteils garantiert. Hohe Abriebfestigkeit bei niedrigen Gleitge­schwindigkeiten und guten mechanischen Kenn­werten sorgt zudem für Wirtschaftlichkeit. Der Werkstoff ist wahlweise mit einem Durchmesser von 1,75 oder 3 mm erhältlich und kann so mit handelsüblichen 3D-Druckern für das FDM-Verfahren (Fused ­Deposition Modeling) verarbeitet werden. Gerade Branchen und Anwendungen in hygienisch sensiblen Bereichen, beispielsweise in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, profitieren von iglidur I150-PF. Darüber hinaus bietet igus fünf weitere Filamente an, mit denen Anwender sich ihre Bauteile drucken können. So kann, je nach Wunsch, der Schwerpunkt beispielsweise auf einer hohen Chemikalien­beständigkeit liegen (iglidur C210-PF), einer besonders hohen Verschleissfestigkeit (iglidur I180-PF) oder hohen Anwendungstemperaturen, gepaart mit höchster Lebensdauer (iglidur J260-PF).

Alle Tribo-Filamente von igus weisen deutlich geringere Reibwerte als ABS- und PLA-Materialien auf. Durch ihre Abriebfestigkeit sind sie insbesondere für dynamische Anwendungen geeignet.

Sonderlösungen für höchste Anforderungen

Herausragend: Für das 3D-Druckmaterial I150-PF liegt seit Kurzem eine Konformitätserklärung entsprechend der EU-Verordnung 10/2011 für Lebensmittelkontakt vor. Durch diese Zertifizierung können Kunden das vielseitig einsetzbare Tribo-Filament auch zum Drucken von Sonderteilen für bewegte Anwendungen nutzen, die im direkten Kontakt mit Nahrungsmitteln oder auch Kosmetik stehen. Gerade bei Sonderlösungen ist igus stets ein verlässlicher Partner: So hat das Unternehmen beispielsweise speziell für Zahnräder, die hohen Anforderungen in bewegten Anwendungen standhalten, das Laser-Sintermaterial iglidur I6-PL entwickelt. Durch den Einsatz dieses Werkstoffs kann die Lebensdauer von gedruckten Zahnrädern weiter erhöht werden. Der neue Werkstoff erweitert das bereits bestehende Angebot aus sechs Tribo-Filamenten für das FDM-Verfahren und iglidur I3-PL für das SLS (selektives Laser-Sintern).

Um Lebensdaueraussagen zu untermauern, können die Experten von igus auf das hauseigene 2750 m2 grosse Testlabor zurückgreifen. Bei iglidur I6-PL zeigte sich, dass der neue Werkstoff für Zahnräder eine besonders hohe Verschleissfestigkeit und dadurch eine besonders lange Lebensdauer besitzt. Im Vergleich mit den bisher gängigen Materialien für den SLS-Druck wurde ein Schneckenrad mit 5 Nm Dreh­moment und 12 U/min getestet. Dabei blieb das Zahnrad aus dem Standard-Laser-Sintermaterial PA12 bereits nach 521 Zyklen stehen, da der Reibwert so hoch angestiegen war. Das Zahnrad aus dem neuen Laser-Sintermaterial iglidur I6-PL zeigte nach 1 Million Zyklen lediglich einen geringen Verschleiss und war noch voll funktionsfähig. Gefräste Zahnräder aus POM wiesen bereits nach 621 000 Zyklen einen totalen Verschleiss auf, während gefräste Zahnräder aus PBT schon nach 155 000 Zyklen brachen.

Druckservice erweitert Werkstoffangebot

Da viele Unternehmen nicht über eigene 3D-Drucker verfügen, können sich Kunden ihre individuellen Verschleissbauteile als FDM- oder SLS-Bauteil direkt ausdrucken lassen. Dazu bietet igus einen 3D-Druckservice. Die Tribo-Filamente können somit als reiner Werkstoff bezogen werden oder wahlweise bereits als fertig gedrucktes Bauteil, das sofort einbaufertig ist. Die entsprechenden Daten gelangen online im STEP-(STP-)Format per Drag & Drop ins Browser­-Fenster. Im nächsten Schritt werden die benötigten Mengen festgelegt und das geeignete Material ausgewählt. Ergebnis: Je nach Wunsch wird ein formales Angebot erstellt, oder der direkte Bestellvorgang kann ausgelöst werden.

Im SLS-Druckverfahren kann igus auch komplexe Sonderteile sehr schnell fertigen und ausserdem Bauteile mit einer Höhe von bis zu 300 mm herstellen. Bereits heute entstehen Kleinserien von bis zu 500 Stück aus iglidur I3-PL und iglidur I6-PL in kürzester Zeit. Selbstverständlich fliessen die technischen Möglichkeiten des 3D-Drucks auch in die eigenen Produkte des Kölner Spezialisten für Hochleistungskunststoffe ein: So bietet der Lineartisch SLT-I3 höchste Varia­bi­lität in der Gestaltung der individuellen Linear­achse. Dies ermöglichen 3D-gedruckte Schlitten und Tra­versen. Dadurch lassen sich Schmiermittel- und wartungsfreie Lineartische günstig und besonders schnell nach Kundenwunsch realisieren.

igus.ch

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