Klarer Sieger

Moderne 3D-Printer machen nicht nur in den Konstruktionsbüros der Industrie eine gute Figur. Ein Einstiegsmodell von 4D Concepts bewährt sich auch bei der Ingenieurausbildung an Universitäten und Fachhochschulen. Das Institut für CIM-Technologietransfer an der FH Kiel setzte die Anlagen beispielsweise im Rahmen eines Förderprojekts zur Simulation von Prozessen der Produktentwicklung ein.

Bisweilen reicht es in der Produktentwicklung nicht aus, nur die CAD-Darstellung am Bildschirm zu prüfen. Selbst bei einfachen Geometrien ist es oft erforderlich, ein (be)greifbares Modell anzufertigen. Dies wissenschaftlich zu untermauern, war das Ziel eines Förderprojekts der Technologiestiftung Schleswig-Holstein am Institut für CIM-Technologietransfer (CIMTT) in der Fachhochschule Kiel. Unter der Leitung von Dipl.-Ing. Thomas Abraham sollte aufgezeigt werden, welche Qualitäts- und Kostenoptimierungen sich durch den Einsatz von Modellen bereits im Frühstadium eines Entwicklungsprozesses erzielen lassen. Aus dem ¿technologischen Wettstreit¿ der derzeit wichtigsten Verfahren ging das 3D-Printing mit dem ZTM 310 von 4D Concepts als klarer Sieger hervor.
Der Z 310 aus dem Programm des US-Herstellers Z Corporation ist eine vielseitige Komplettlösung für den Bau von Prototypen und Gussformen. Vor allem aber ist er hinsichtlich Fertigungstempo, Modellqualität und Betriebskosten der gesamten Konkurrenz eine Nasenlänge voraus. ¿Andere Verfahren schieden aus, weil es den angefertigten Modellen an Festigkeit fehlte oder komplizierte Stützkonstruktionen nötig waren, die aufwändig nachbearbeitet werden mussten", erläutert Projektleiter Abraham.
Mit dem Z 310 lassen sich kleine und mittelgroße Modelle erstellen. Der Bauraum hat die Abmessungen 200 x 250 x 200 mm. Im einfachsten Fall entstehen die Modelle aus einem Pulver auf Stärke-Zellulose-Basis. Dazu tragen handelsübliche HP-Druckköpfe einen Flüssigbinder schichtweise auf. Das Bautempo liegt bei etwa vier Schichten pro Minute, wobei sich die Schichtdicke zwischen 0,075 und 0,25 mm einstellen lässt. Das Kieler Forschungsprojekt dokumentierte als weitere Vorteile des 3D-Printers die geringen Anschaffungs- und Betriebskosten, niedrige Materialkosten, die einfache Bedienung der Anlage und die vergleichsweise schnelle Produktion der Modelle.
All das senkt von vornherein die Entwicklungskosten und eröffnet auch bei kleinen Budgets mehr Freiraum für die Realisierung von Iterationsmodellen, die verschiedene Zwischenschritte einer Entwicklung darstellen.
Thomas Abraham betont außerdem, dass es ¿die unterschiedlichen Möglichkeiten der Infiltration erlauben, Modelle mit unterschiedlichen Werkstoffprofilen anzufertigen". Auch das ist ohne großen Aufwand machbar. Denn über verschiedene Pulverwerkstoffe lassen sich ohne Wechsel von Druckköpfen oder Binder die Modelleigenschaften verändern. Flexible Teile entstehen durch die Infiltration von PU-Materialien; filigrane Strukturen durch den Einsatz eines Mineralstoff-Polymer-Compounds. Durch Infiltration von Wachs, Polyester oder Epoxidharz lassen sich weitere Materialeigenschaften einstellen. Das macht den Z 310 zu einem multifunktionalen Entwicklungswerkzeug.
Ein weiteres markantes Merkmal dieses 3D-Druckers ist, dass sich damit auch Formen und Kerne für den Aluminiumguss herstellen lassen. Optional kann er mit der Z Cast-Technologie erweitert werden, mit der sich unter Einsatz eines Sand-Keramik-Verbundwerkstoffs auch Formschalen und Kerne für den Guss von Prototypen und Kleinserien aus Leichtmetall fertigen lassen. Dieser Anwendungsbereich des Z 310 wird derzeit am CIMTT in Kiel im Rahmen der Untersuchung von Prozessketten für die Medizintechnik erforscht.

www.4dconcepts.de
www.cimtt-kiel.de