Generativ zur Spritzguss-Kleinserie

Kurios mutet es an: Zwei Unternehmen besinnen sich auf die jeweils fremde Technologiewelt des anderen – und werden darüber zu direkten Wettbewerbern. Ihr Ziel ist jedoch dasselbe: wirtschaftliche Kleinserien von Kunststoffteilen zu ermöglichen.

Da ist zum einen die Stratasys Ltd, die seit der Fusion mit dem israelischen Hersteller Objet auch dessen hochgenaue PolyJet-Drucker im Programm führt (Halle 11, Stand D90). Auf der Euromold präsentiert Stratasys jetzt eine Mini-Spritzgussfabrik, die 3D-gedruckte Werkzeugformen nutzt, um kleine Serien von vielleicht bis zu 100 Teilen zu spritzgießen. Hergestellt werden die Formen auf einem kompakten 3D-Drucker Objet260 Connex aus dem weiterentwickelten Material „Digital ABS“. Es hat ähnliche Eigenschaften wie Standard-ABS und soll bei Wandstärken unter 1,2 mm „überragende Festigkeit und Belastbarkeit“ bieten. Der Vorteil liegt auf der Hand: Die mit dem Objet-Drucker produzierte Form ist in wenigen Stunden verfügbar und die darauf gefertigten Teile sind echter Spritzguss aus Original-Granulat.

Stratasys präsentiert diesen Weg nicht nur auf der Euromold, sondern kann bereits eine Erfolgs-Anwenderstory vorweisen: Dr. József Gábor Kovács von der TU Budapest und sein Team entwickelten im Auftrag eines Industrieunternehmens einen Lüfter für elektronische Geräte, der bei deutlich verringertem Geräuschpegel eine höhere Kühlleistung bringen sollte. Für Versuche brauchte es Prototypen. Doch woher nehmen, wenn Zeit und Geld knapp ist? Dr. Kovács baute Spritzgießformen mit dem 3D-Drucker Objet350 Connex und fertigte mit ihnen die Prototypen. Am Ende des Entwicklungsprozesses standen die abschließenden Tests an. Erneut druckte Kovács eine dreiteilige Form aus Digital ABS und produzierte mit ihr auf einer 700-kN-Arburg-Spritzgießmaschine die endgültigen Prototypen aus POM. Ergebnis: Der neue Lüfter bestand die Tests und konnte die Kühlleistung um 20 % steigern und die Geräuschentwicklung um 7 dB verringern. Die Qualität des Test-Lüfters sei sehr gut gewesen, wird von Kovács berichtet. „Ein perfekter Prototyp ohne jede Nachbearbeitung“, zitiert Stratasys den Wissenschaftler.

Und dann ist da die Arburg GmbH + Co KG, der Spritzgießmaschinenhersteller aus dem Schwarzwald, der seit 2004 hinter verschlossenen Türen an einem 3D-Drucker für Original-Kunststoffgranulat arbeitet. Nun kommt er erstmals auf die Euromold, um die Entwicklung vorzustellen (Halle 11, Stand E121). Arburg beschreitet mit dem „Freeformer“ genau den entgegengesetzten Weg zur Kleinserie wie Stratasys: Wer ein neues Spritzgussteil entwickelt und testen will oder eine kleinere Zahl von Teilen einer nicht aktiven Spritzgießserie braucht, der drucke sie einfach aus. Er nehme dazu ein paar Schäufelchen des betreffenden Kunststoffes und schütte sie in seinen Freeformer.

Bei dem neuen Prozess „Arburg-Kunststoff-Freiformen“ (AKF) werden Schmelzetröpfchen über eine Piezodüse schichtweise aufgetragen und so additiv die Bauteile generiert. Werkzeuglos, deswegen heißt das Gerät „Freeformer“. Der Clou ist, dass dafür übliches Spritzgieß-Granulat zum Einsatz kommt. Es lassen sich sogar zwei unterschiedliche Materialien oder Farben verarbeiten – ein Anklang an den Mehrkomponenten-Spritzguss. Der Prozess kommt „weitestgehend“ ohne Stützstrukturen aus, wie Arburg mitteilt. Herbert Kraibühler, technischer Geschäftsführer, bezeichnet die lange vorbereitete Entwicklung als wichtigsten Meilenstein, seit das Unternehmen vor rund 50 Jahren seine erste Spritzgießmaschine „Allrounder“ auf den Markt brachte. Denn das AKF schließt aus Arburg-Sicht die Lücke zwischen Losgröße 1 und der Stückzahl, ab der Spritzgießen rentabel wird.

Die Arburg-Entwickler nutzten für den Freeformer das Prinzip der Materialaufbereitung, das sich im Spritzgießprozess bewährt hat: Ein beheizter Plastifizierzylinder stellt Kunststoffschmelze an der sogenannten Austragseinheit bereit. Deren patentierter Düsenverschluss mit hochfrequenter Piezotechnik erzeugt unter Druck mit schnellen Öffnungs- und Schließbewegungen die Kunststofftröpfchen, die sich zum Teil aufbauen. Neu gedacht wurde das Prinzip der beweglichen und starren Komponenten. Beim Freeformer bleibt die Austragseinheit mit Düse genau in ihrer vertikalen Position, stattdessen bewegt sich der Bauteilträger.

Neben dem serienmäßig über drei Achsen beweglichen Bauteilträger gibt es optional die Variante mit fünf Achsen, um beispielsweise Stützstruktur-freie Hinterschnitte zu erzeugen. Der große Vorteil der 5-Achs-Variante: Stützstrukturen sind in der Regel überflüssig. Dies macht auch Geometrien möglich, die sich durch Spritzgießen nicht realisieren lassen.

Ein Freeformer mit zwei Austragseinheiten kann sogar zwei Materialien oder Farben verarbeiten, beispielsweise für bewegliche Hart-Weich-Kombinationen. Auf der Euromold zeigt Arburg die Fertigung von 1- und 2-Komponenten-Teilen auf zwei der neuen Anlagen.

Der Spritzgießmaschinenhersteller verspricht, dass die Bedienung „genial einfach“ sei: Die für den schichtweisen Aufbau 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 seien nicht erforderlich.

Zwei neue Konzepte gibt es also, um spritzgießfähige Themoplasten in wirtschaftlichen Mini-Serien bis herunter zur Losgröße 1 zu verarbeiten. Doch auch sie haben Grenzen. Wo sie liegen, ist die spannende Frage. Zum Beispiel: Wie präzise sind die Stratasys-Formen und wie lange halten sie? Und wie genau sind die Arburg-Teile und wie dicht ist ihr Gefüge? Die Euromold erwartet neugierige Besucher.

Olaf Stauß olaf.stauss@konradin.de

www.stratasys.com/de www.arburg.com/de/