Additive Fertigung 02.04.2019, 06:31 Uhr

Ultraschneller 3D-Drucker für große Bauteile

Wissenschaftler am Fraunhofer IWU haben Werkzeugmaschinen-Technologie mit dem 3D-Druck kombiniert. Herausgekommen ist dabei ein 3D-Drucker, der achtmal so schnell arbeitet wie herkömmliche Geräte.

Versuchsbauteil

Hier ist ein Versuchsbauteil zu sehen, bei dem es sich um einen Hybrid aus CFK-Blech und 3-D-gedruckten Strukturen handelt.

Foto: Fraunhofer IWU

Die additive Fertigung ist ein Trendthema, das immer wieder neu seine Potenziale zeigt. Während auf der einen Seite über Standardisierungen diskutiert wird, brechen auf der anderen Seite die Erfolgsmeldungen nicht ab. Erst kürzlich hat das Berliner Unternehmen BigRep ein komplettes Motorrad aus dem 3D-Drucker geholt. Mit der additiven Fertigung großvolumiger Bauteile ging jedoch bisher immer ein Problem einher: Der Herstellungsprozess ist relativ zeitaufwendig. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU haben nun ein Verfahren entwickelt, das den 3D-Druck erheblich beschleunigen könnte: Sie nennen es Screw Extrusion Additive Manufacturing (Seam). Seam ist erstmals auf der Hannover Messe zu sehen.

Gerade auf Messen gehören sie inzwischen zum gewohnten Bild: 3D-Drucker, die vor den Augen der Besucher kleine Prototypen schichtweise aus geschmolzenem Kunststoff aufbauen. Wer warten möchte bis sein Souvenir fertig ist, braucht allerdings Geduld. Denn das kann schon bei einem Gegenstand im Hosentaschenformat bis zu einer Stunde dauern. Für eine Produktion in Großserie wäre das definitiv viel zu langsam. Die Wissenschaftler am Fraunhofer IWU haben daher eine Highspeed-Technologie entwickelt, die für ein 30 Zentimeter hohes Bauteil immerhin nur 18 Minuten benötigt. Nach Angabe der Forscher ist die Prozessgeschwindigkeit damit achtmal höher als bei herkömmlichen Geräten.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus-Firmenlogo
Program Certification Engineering (d/m/f) Airbus
Manching Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Gruppenleiter (m/w/d) Konstruktion Stahlbrücken Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Sengenthal Zum Job 
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Projektmanager (m/w/d) Infrastrukturprojekte Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
IT-Systemingenieur*in Leitsysteme Busbetrieb Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
Allbau Managementgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauprojektleitung (m/w/d) "Technische Projekte" Allbau Managementgesellschaft mbH
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich Mobilität / Verkehr THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleiter:in für große Investitionsprojekte (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Planungskoordinator (m/w/d) im Projekt Zukunftsquelle Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Architect (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Leitende:r Ingenieur:in der technischen Betriebsführung / Klärwerk Wansdorf (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Schönwalde-Glien Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Integration Engineer (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Cycle GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für Elektronik (m/f/d) Cycle GmbH
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich verfahrenstechnischer Anlagenbau (Chemie und Pharma) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Berlin,Leipzig,Hamburg Zum Job 
Mitscherlich PartmbB-Firmenlogo
Patentingenieur (w/m/d) Fachrichtung Elektrotechnik, Nachrichtentechnik, Maschinenbau oder vergleichbar Mitscherlich PartmbB
München Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen,Lingen (Ems) Zum Job 
newboxes GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Produktentwicklung (m/w/d) newboxes GmbH
Deutschlandweit Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Automatisierungstechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
Leviat GmbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) Leviat GmbH
Langenfeld (NRW) Zum Job 
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Projekt- und technischer Angebotsingenieur (m/w/d) ILF Beratende Ingenieure GmbH
München, Bremen, Hamburg, Essen, Berlin Zum Job 

3D-Drucker verarbeitet 7 Kilogramm Kunststoff in einer Stunde

Für das Screw Extrusion Additive Manufacturing haben die Wissenschaftler Werkzeugmaschinen-Technologie mit 3D-Druck kombiniert. Im ersten Schritt haben sie eine Einheit konstruiert, die das Rohmaterial aufschmilzt und mit einer hohen Austragsleistung ausstößt. Dieses Gerät brachten sie über einer Bauplattform an, die sich auf sechs Achsen schwenken und sehr genau steuern lässt. Das erreichten sie durch das Bewegungssystem einer Werkzeugmaschine. Der heiße Kunststoff wird also in Schichten auf der Bauplattform abgelegt, während das Bewegungssystem der Maschine dafür sorgt, dass die Bauplatte so exakt unter der Düse entlanggleitet, dass die zuvor programmierte Bauteilform erzeugt wird.

Dafür ist es möglich, den Tisch mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde in die X-, Y- sowie Z-Achse zu bewegen und ihn zusätzlich um bis zu 45 Grad zu kippen. „Damit drucken wir achtmal schneller als herkömmliche Verfahren. Herstellungszeiten von Kunststoffbauteilen lassen sich somit enorm reduzieren“, sagt Martin Kausch vom Fraunhofer IWU.

Die hohe Geschwindigkeit kann man auch an der Menge des verarbeiteten Materials ablesen: Pro Stunde drückt das System bis zu 7 Kilogramm Kunststoff durch die heiße Düse, die einen Durchmesser von 1 Millimeter hat. Bei anderen, etablierten 3D-Druckverfahren wie dem Fused Deposition Modeling (FDM) oder dem Fused Filament Modeling (FLM) sind es im gleichen Zeitraum normalerweise nur etwa 50 Gramm. Zudem ist das Seam-Verfahren dafür geeignet, günstiges Standard-Kunststoffgranulat zu verarbeiten und daraus belastbare, mehrere Meter große Bauteile zu schichten. Die Forscher sind davon überzeugt, dass sich dadurch die Materialkosten um das 200-fache senken ließen – gegenüber einer additiven Fertigung mit teurem FLM-Filament.

System kann Bauteile auf gekrümmten Strukturen drucken

Die hohe Beweglichkeit des Systems bringt zudem eine große Flexibilität mit sich. „Da sich unsere Bauplattform schwenken lässt, sind wir in der Lage, mit einer separat bewegten Z-Achse auf gekrümmten Strukturen aufzudrucken“, sagt Kausch. Unter anderem wäre es dementsprechend möglich, mit Seam komplexe Geometrien ohne Stützstrukturen umzusetzen. Auch in Bezug aufs Material sieht Kausch eine große Bandbreite: „In Tests konnten wir verschiedene Kunststoffe verarbeiten. Dies reicht von thermoplastischen Elastomeren bis hin zu Hochleistungskunststoffen mit 40 % Kohlenstofffaser. Das sind für die Industrie besonders relevante Materialien, die sich mit klassischen 3D-Druckern nicht verarbeiten lassen.“ Die Forscher hoffen, dass sie mit diesen Weiterentwicklungen, den Weg für eine industrielle Anwendung geebnet haben.

Das Fraunhofer IWU stellt seinen Highspeed-3D-Drucker auf der Hannover Messe (Halle 2, Stand C22) im laufenden Betrieb vor.

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.