Skip to main content

3D-Druck – neue Möglichkeiten im Produktdesign

Der 3D-Druck eröffnet neue Möglichkeiten im Produktdesign

Das Unternehmen Protiq zeigt: Durch neue Materialien und Verfahren können die Vorteile des 3D-Drucks nun in Bereichen genutzt werden, die bisher nicht von den Vorteilen des 3D-Drucks profitieren konnten. 

 

Schon seit 2010 setzt der Automatisierungsspezialist Phoenix Contact bei der Herstellung von Prototypen, Funktionsmustern, Formwerkzeugen, Spritzgießformen und Einsätzen für Spritzgießwerkzeuge auf den 3D-Druck. Um das Verfahren auch anderen Unternehmen zu eröffnen gründete das lippische Unternehmen 2016 die Tochtergesellschaft Protiq GmbH. Dafür bietet das Start-up eine Online-Plattform www.protiq.com an. Hier können Kunden ihr Produkt online konfigurieren: Sie wählen das Material und die gewünschten Oberflächen-Eigenschaften aus, sowie den RAL-Ton der Lackierung und bekommen unmittelbar eine Auskunft über die Herstellungskosten und Lieferzeiten. Nach Abschluss der Bestellung wird das Produkt entsprechend gefertigt. Auf dem Weg von der Idee bis zum Bauteil unterstützt Protiq den Kunden mit seinem umfangreichen Know-how in der Anlagentechnik und hält den Kunden fortlaufend über den aktuellen Stand seines Auftrags informiert.

 

Vorteile des 3D Drucks

Der 3D-Druck bietet besonders beim Direct Tooling von Spritzwerkzeugen viele Vorteile.

Spritzgießwerkzeuge werden normalerweise aus massiven, metallischen Halbzeugen gefräst, geschliffen und erodiert. Durch den 3D Druck sind nun neue Geometrien möglich. So können effizientere Werkzeuge hergestellt werden, die hinsichtlich Gewicht, Durchlauf- und Zykluszeit optimiert sind. Das hat den positiven Effekt, dass die Herstellungskosten in der Produktion gesenkt werden können.

Optimierte Zykluszeiten

An dem Bespiel von Kühlkanälen lassen sich die Vorteile des 3D-Druck hinsichtlich optimierter Zykluszeiten gut veranschaulichen. Durch den 3D-Druck wird eine oberflächennahe, frei geformte Kühlmedienformung realisiert. So wird der Abtransport der Wärme optimiert, die Abkühlraten erhöht und die Zykluszeiten letztlich reduziert.

Gewichtreduktion bei Werkzeugen

Konventionelle Werkezeuge wiegen meist mehr als 30 kg. Durch das Direct Tooling lässt sich das Gewicht von Werkezeugen um bis zu 70 Prozent verringern.  So können Mitarbeiter Werkzeuge schnell und manuell austauschen und benötigen dafür keine Hebezeuge mehr.

Zur Umsetzung des Leichtbau Designs nutzt Protiq die Finite-Elemente-Simulation. Dadurch lässt sich identifizieren, welche Bauteile einer geringen Belastung unterliegen und welche einer hohen. Bei der Fertigung wird dann bei den Bauteilen mit geringer Belastung Material eingespart und Bauteilen mit hoher Belastung bekommen eine massivere Ausführung. Die resultierenden Geometrien ähneln bionischen Strukturen wie dem menschlichen Knochen.

 

Die Schritte der Werkzeuggestaltung

Die Werkzeuggestaltung gliedert sich in drei Schritte.

Zunächst werden die Eingangsgrößen ermittelt. Hierzu zählen die auftretenden Prozesskräfte, die sich aus Strömungssimulationen ergeben. Aus der Bauteilanforderung leiten sich die Schnittstellen und Anbindungspunkte zur Spritzgießmaschine und nicht zuletzt die maximale Werkzeuggröße ab.

Der zweite Schritt umfasst die Integration bauteilkonturnaher Kühlkanäle. Durch Simulation lassen sich danach das Leichtbau-Design aus der Topologieoptimierung errechnen.

Im letzten Schritt bekommt das Bauteil den letzten Schliff, dabei wird eine minimale Wanddicke, Stützgeometrien sowie die Produktion durch Laserstrahlschmelzen berücksichtigt.

Wann rechnet sich Direct Manufacturing

Die direkte werkzeuglose Herstellung von Serienbauteilen lohnte sich bisher vor allem bei Nischenprodukten, wie in der Medizintechnik, Luft- oder Raumfahrt. Die bisher in der additiven Fertigung verwendeten Materialien erfüllten nämlich zum Beispiel nicht die Anforderungen der Elektronik – oder Automobilindustrie.

Durch die von Protiq optimierte Laser-Sinter-Anlagentechnik können nun auch Serienprodukte aus Kunststoff im 3D-Druck erstellt werden. Dabei kommen Kunststoffe wie Polyamid 6 zum Einsatz. Die Kunststoffbauteile bauen sich beim Lasersintern Schicht für Schicht in drei Schritten auf. Im ersten Schritt wird eine 0,06 bis 0,12 mm dünne Pulverschicht aufgetragen. Diese Schicht wird bis knapp unter den Schmelzpunkt erwärmt. Anschließend schmilzt der Laser den schichtspezifischen Bauteilquerschnitt auf. Durch die Wiederholung dieser Schritte entstehen Schicht für Schicht die Bauteile, die nach Abschluss der Fertigung von den nicht aufgeschmolzenem Kunststoffpulver umgeben sind.

Neben Kunststoff bietet Protiq das 3D-Druck Verfahren auch mit vielen metallischen Werkstoffen an. Die Bauteile werden dann ebenfalls schichtweise mit einem Hochleistungslaser aufgebaut, aber eben mit metallischem Pulvermaterial. Speziell für die Elektroindustrie und dort verwendete Kontakte oder massive Bauteile wurde das Verfahren auch mit einem hochleitfähigen Kupfermaterial entwickelt.

Die verschieden 3D-Druckverfahren lassen sich auch kombinieren und zu funktionsfähigen Bauteilen montieren.



Keine Kommentare vorhanden


Du hast eine Frage oder eine Meinung zum Artikel? Teile sie mit uns!

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *

*