Technische Teile aus Granulate ohne Umweg über Filamente

Die Eckdaten unseres 3D Druckers nach dem FDM Strangschichtverfahren:

Verarbeitet handelsübliche Granulate wie für Spritzgussmaschinen im Handel;

Auch Granulate von Hochleistungskunststoffen wie PEEK, PPS, PSU; PA;PC jeweils mit oder ohne Fasern, auch längere Fasern je nach eingesetzter Düse.

Damit nicht genug, die Arbeitsgeschwindigkeit ist sehr hoch und Serienteile innerhalb eines gewissen Rahmens sind möglich. Auch gegenüber FFF Maschinen in der Preisklasse von mehreren 100.000,00 € beträgt die Druckzeit Bruchteile.  Genaue Angaben sind nicht möglich, denn  die Druckgeschwindigkeit bei  Filamentdruckern hängt wesentlich von der gewünschten Druckqualität ab. Je langsamer gedruckt wird, umso bessere Qualität bekommt man. Ein weiterer Zeitgewinn ergibt sich bei unserer Technik durch geringere Wandstärken also weniger Material dank faserverstärkte Kunststoffe. Und nicht zu vergessen die  Gewichtseinsparung die sich dadurch ergibt.

Der enorme Preisunterschied zwischen den handelsüblichen Granulaten und den überaus teuren Filamenten  drängt immer mehr Hersteller dazu, Drucker anzubieten die Granulate verarbeiten.  Experimentiert wird damit schon seit mehreren Jahren.

Eine Übersicht was international in der 3D-Druckteechnik abläuft findet an ohne großen Suchaufwand auf YouTube.  Denn jeder Hersteller aus welchem Land auch immer macht sich dort bekannt. Selbst private Bastler. Bei dieser Gelegenheit verweisen wir auf einen spanischen Hersteller wegen seiner Ehrlichkeit: https://www.youtube.com/watch?v=vPYpXFnPESI

Gegen Ende des Videos sehen Sie wie der Drucker  kreuz und quer Fäden zieht. Ein Nachteil aller Extruder mit axialer Schnecke. Ein weiteres ehrliches Video:https://www.youtube.com/watch?v=FuAnWW8ZwZk&t=28s    Wegen der hohen Druckgeschwindigkeit die den Granulatdruckern eigen ist druckt dieser Drucker gleich 8 Teile. Die Übergänge von einem Teil zum Nächsten sind nicht sauber und auch dort entstehen Fäden.  Einige Hersteller sagen gleich das sie PLA drucken und damit zu drucken ist keine Kunst, denn PLA wird bereits bei 60 Grad C weich und ist temperaturbezogen extrem gutmütig, verträgt bis 200 Grad C. Wir drucken hingegen mit höchster Güte auch Hochleistungskunststoffe und das beim Absetzen des Stranges ohne Fäden zu ziehen.  Händischen Nachbearbeitung oder eine maschinelle Nachfräsung erübnrigt sich und unsere Technik steht im Wettbewerb zum Spritzguss wenn die Teile sehr komplex sind oder Losgrößen bis zu  einige Tausend Stück pro Jahr gefragt sind.  Eine Anmerkung noch zum Spritzguss. Solche Maschinen fressen eine Menge Strom wegen dem dauernden Aufwärmen und Abkühlen der Formen und dem Antrieb der Verschlusstechnik. Im Gegensatz zum Spritzguss ist  der Kunststoffwechsel ist bei uns kein großer Aufwand, denn es werden nur die Schmelztöpfe gewechselt und der Restkunststoff kann darin verbleiben oder wird ausgeschmolzen. Unsere Druckköpfe sind kompakt und klein und der Energieinhalt ist deshalb gering.

Vorweg ein Beispiel der Leistungsfähigkeit unserer patentierten Technik, einfach weil andere Systeme damit Probleme haben oder passen müssen. Drucken können wir  Kühlkörper aus wärmeleitfähigem Kunststoff  um dessen Verhalten zu prüfen und erst nachträglich auf kostenintensiven Formenbau für Spritzguss über zu gehen, immer vorausgesetzt es bedarf größerer Stückzahlen. Gedruckte Teile im Bild sind aus dem wärmeleitenden Kunststoff Laticonther 87/28 GR/50, ein PC mit 50 % Graphit. Hersteller ist das italienische Unternehmen Lati.

Auf Grund der hohen Arbeitsgeschwindigkeit punktet unser 3D-Drucker bei größeren Teilen und da haben wir eine Vorliebe für PC mit Kohlenstofffasern.  PC ist ein hochwertiger schlagzäher Kunststoff und ist er mit Fasern versetzt, dann reduziert sich der Verzug beim Druckvorgang auf vernachlässigbare Werte, und das auch ohne beheizter Druckkammer.

Zum Kunststoff PEEK, denn auch dieser Kunststoff eignet sich  für unsere 3D Druckertechnik. Beim Drucken entstehen keine Gerüche, es gibt keine Probleme wegen der Aufnahme von Feuchtigkeit, mehrmaliges Aufwärmen schadet nicht der Qualität, Druckplatte kann blankes Aluminium sein ohne irgend eine Oberflächenbehandlung und PEEK mit Fasern ist formstabil, aber nicht wie PC mit Faser. Beheizte Druckkammer bringt die besten Verschweißungsergebnisse.

PEEK gehört unter den Kunststoffen zu den teuersten, im Großhandel als Granulat 80,00 €/ kg, als Filament um die 1.000 €/kg erhältlich.. Wir gehen davon aus, das unsere Drucktechnik nur in Sonderfällen dafür den Druckauftrag bekommt. FFF-Drucker rühmen sich, wenn sie in der Lage sind PEEK zu drucken. Wir wollen nur sagen wir können das auch, und sogar mit Fasern.

 Im Bild ein Teil aus PEEK mit 10 % Kohlenstofffasern. Hersteller ist Lati, Handelsname ist Larpeek

Wir und andere Druckverfahren.

Sieht man sich unter Bilder bei google ausgedruckte FFF Teile an, dann sind es vorwiegend Anschauungsmuster mit Phantasieformen, vorwiegend aus PLA und ABS, für technische Anwendung nur untergeordnet geeignet. Abgesehen von kleinen Detailverbesserungen an Maschinen für den Kunststoff 3D Druck gab es in den letzten Jahren keine Neuheiten, die gesamte Hype und die Zukunftsvisionen in den Medien waren verfrüht. Die Reden war schon Ersatzteile selbst zu drucke. Niemand hatte aber eine Ahnung wie zum Beispiel eine Autostoßstange gedruckt werden sollte. Mit ABS oder PLA  sicherlich nicht. Und das nicht nur weil ABS und PLA keine technische Kunststoffe sind sondern weil sich große Teile während des Druckens zu stark verziehen. Und da sind wir mit PC mit Kohlenstofffasern im Vorteil. Es gibt Kohlenstofffasern die sich beim Abkühlen verlängern und sich dem Schrumpfen der Kunststoffe widersetzen. Deswegen, so unsere Vermutung, gelang auch Local Motors das Ausdrucken einer Autokarosserie auf einer Maschine von Cincinnati Inc. Allerdings, der verwendete Kunststoff ist laut Medienberichten ABS mit Kohlefasern versetzt. ABS ist aber kein hochtechnischer Kunststoff und erfordert zwecks Festigkeit entsprechende Wandstärken und das bedeutet wiederum Gewicht, bei Autos sicherlich unerwünscht. Steht ein so gedrucktes Auto mit geschossenen Glasscheiben in praller Sonne, denn wird ABS im Inneren des Fahrzeuges weich. Hingegen gibt es unter den Hochleistungskunststoffen solche die nicht nur hohen Temperaturen widerstehen sondern auch flammhemmend sind. Hohe Festigkeit, flammhemmend, Kerbschlagzähigkeit und Rückstellvermögen sind Eigenschaften  funktioneller Teile die für die Luftfahrt- und Autoindustrie interessant sind und bei ausgewählten Anwendungen im Wettbewerb zu Aluminium stehen. PA und PC werden am Ende die gefragtesten Kunststoffe sein, sie werden in großen Mengen hergestellt und sind leistungsbezogen sehr preiswert.

Vielversprechend sind ausgedruckte Funktionsteile aus dem Hochleistungskunststoff  PSU und das fängt schon beim Ausdrucken an, denn man bekommt  eine perfekte Verschweißung der Stränge und das Drucken erfolgt fast geruchlos. PSU kann sich als Hochleistungskunststoff sehen lassen, ob bei hohen oder niederen Temperaturen, hat ein sehr hohes Rückstellvermögen und der Verzug ist extrem gering und es lassen sich auch großvolumige Teile drucken.

Näheres zur Druckgeschwindigkeit

Je nach verwendeter Düsengröße haben wir viel Energie im System, teilweise zu viel so das die Druckplatte anstatt geheizt gekühlt werden muss. Werden kleinere Teile gedruckt dann kann es vorkommen, das der untere Strang nicht genug abgekühlt ist und das gedruckte Teil wie ein Teig in sich zusammenfällt. Gegenüber der Möglichkeit mit dem Druckkopf langsamer zu fahren, haben wir die Möglichkeit mehrere Teile gleichzeitig zu drucken und der Druckkopf wechselt nach jeder Stranglegung zum Teil nebenan und kommt erst wieder zurück wenn dieses sich genügend verfestigt hat. Unser Drucker ist so für die Serienfertigung prädestiniert. Möglich ist diese Vorgangsweise weil beim beim Strangende unser Druckkopf den Ausstoß des Kunststoffes abrupt stoppt und weder Fäden zieht noch sichtbare Spuren hinterlässt.

Unser 3D-Drucker

Verfahrensweg der drei Achsen ist 50 x 50 x50 cm also auch größtes Druckvolumen. Das sind die Maße unserer momentanen Maschine. Bei Bedarf ist eine Verlängerung der Achsen leicht möglich, Druckkopf kann bleiben. Schutzgas verhinder die Oxydation der Kunststoffschmelze. Schutzgas aus der Druckflaschen ist zudem getrocknet und schützt die Schmelze vor Feuchtigkeit. Der Druckkopf kann bis auf 420 Grad C aufgeheizt werden. Von unter 1 mm bis über 5 mm sind alle Düsendruchmesser möglich.