Der CEM-E2 Extruder von AIM3D ist mit seinen Drückköpfen auf bestimmte Werkstoffgruppen abgestimmt worden. Mit einem Druckkopf Version “M” (Metals) wurde der Extruder für metallgefüllte Werkstoffe (MIM-Granulat) ausgelegt. Der Druckkopf “P” (Plastics) kommt für ungefüllte und gefüllte Kunststoffe zum Einsatz. Für keramisch gefüllte Werkstoffe (CIM-Granulat) mit höherer Abrasion wurde der Druckkopf „C“ (Ceramics) entwickelt.
Die neuen Extruder und Druckköpfe zeichnen sich durch eine deutlich verbesserte Fördergenauigkeit aus. Dies ermöglicht eine höhere Oberflächengüte und bessere mechanische Eigenschaften des Bauteils. Die Extrusionsgeschwindigkeit konnte um mehr als 200 Prozent gesteigert werden, sodass nun bis zu 220cm3/h Baurate mit einer 0,4 mm Düse möglich ist.
Clemens Lieberwirth, CTO bei AIM3D: „Die Neuentwicklung betrifft sowohl die Materialzuführung, als auch eine optionale Wasserkühlung und eine verbesserte Halterung für das Schnellwechselsystem.”
Der Charme der CEM-Technologie liegt in der materialübergreifenden Verwendung. Zudem kann oft auf Filamente verzichtet und konventionelle Granulate können eingesetzt werden. Wesentlich ist aber auch die Verringerung der Aufbauzeiten eines Bauteils.
3D-gedruckter Kühlmittelverteilerstutzens aus PPS GF 40 für Schaeffler
Mit dem CEM-E2 Extruder gelang nun auch eine Bauteilentwicklung in PPS GF 40 für Schaeffler. Verwendet wurde ein Polyphenylensulfid (PPS) von Celanese. Der Werkstoff bietet neben guten Basiseigenschaften wie einem hohen Flammschutz eine Vielzahl von Stellschrauben, um gezielt Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Wärmeausdehnung oder Reibverhalten anzupassen.
Die Entwicklungspartnerschaft zwischen AIM3D und Schaeffler hatte zum Ziel, einen Kühlmittelverteilerstutzen als 3D-Druck-Bauteil zu entwickeln. Mit dem CEM-E2-Extruder konnte hierfür das identische PPS verdrucken, das auch für das Spritzgießen verwendet wurde. Für den 3D-Druck wurde das PPS GF 40 gewählt. Normalerweise wäre die Alternative für den 3D-Druck ein PA6 30GF (Polyamid) gewesen, da es kein PPS mit Glasfaser als Filament oder Pulver für den 3D-Druck gibt. Der Werkstoff PPS ermöglicht allerdings höhere Temperatureigenschaften, bei verbesserten mechanischen Eigenschaften, sowie ein höheres Leichtbaupotenzial. Entscheidend ist zudem die extrem hohe Medienresistenz, da PPS kaum Wasser aufnimmt.
Der Werkstoff PPS
PPS bietet einige Eigenschaften, die andere Kunststoffe, aber auch Metalle, nicht erreichen. Das leichte Material reduziert das Bauteilgewicht und damit zum Beispiel in Automotive und Luftfahrtanwendungen den Energieverbrauch und reduziert so CO2-Emissionen. Zudem kann der Anwender die Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit, Tribologie oder Stabilität nach seinen Bedürfnissen optimieren. Im Vergleich zu günstigeren Polymeren weist PPS höhere Festigkeiten und eine geringere Wärmeausdehnung auf. Zugleich ist PPS beständiger gegenüber Wasser, Hydrolyse und Lösemitteln und weist klare Vorteile bei elektrischer und thermischer Isolierung auf.
Ein weiteres großes Plus von PPS ist sein „eingebauter“ Flammschutz. PPS ist von Natur aus schwer entflammbar, während andere Polymere dafür mit Additiven versehen werden müssen. Diese verändern allerdings die mechanischen Eigenschaften zum Teil erheblich und haben die unerwünschte Eigenschaft, dass sie von Dampf oder aggressiven Reinigungsmitteln ausgewaschen werden können. Neben der Flammhemmung hat PPS weitere günstige Eigenschaften, ganz ohne weitere Optimierung.
Dazu gehört ein hoher Schmelzpunkt bei rund 280°C, eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme, sowie eine sehr hohe Chemikalienbeständigkeit – bei Raumtemperatur gibt es kein Lösungsmittel, das PPS angreifen könnte. Pluspunkt bildet auch die thermische und elektrische Leitfähigkeit. Über Zuschlagstoffe und deren Dosierung kann man die elektrische Leitfähigkeit so erhöhen, dass jeder spezifische Volumenwiderstand zwischen 1 und 1015 Ohm möglich ist. Die Funktion reicht damit von antistatisch über leitfähig und elektromagnetisch abschirmend bis hin zum Schutz vor elektrischen Entladungen. Damit eignet sich das Material für industrielle Instrumente in Umgebungen, die Explosionsschutz erfordern, oder für Elektronikgehäuse, die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit erfüllen müssen.
AIM3D GmbH
Industriestraße 12
18069 Rostock
Tel.: +49 (0) 381 / 36 76 609–0
e-Mail: kontakt@aim3d.de
www.aim3d.de
Composite Extrusion Modeling
Das Composite Extrusion Modeling (CEM-Verfahren) kombiniert den etablierten Metallspritzgießprozess (MIM-Verfahren) mit den Verfahrenstechniken aus der additiven Fertigung.
Dabei orientiert es sich in den Grundzügen sowohl am Fused Deposition Modeling (FDM-Verfahren), als auch am Selective Laser Melting (SLM-Verfahren).
Das Resultat ist ein einfaches Verfahren, welches auf kostengünstigen und breit verfügbaren Spritzgießgranulaten basiert und die Freiheiten der additiven Fertigung ohne Gussformen bietet. Mit dem CEM-Verfahren können die Material- und die Maschinenkosten gesenkt werden. Bereits bekannte Problemstellungen der Metallfertigung, wie zum Beispiel die Eigenspannungen, werden im CEM-Verfahren deutlich reduziert.
Fused Granulate Modeling
Das Fused Granulate Modeling-Verfahren (FGM) basiert grundsätzlich auf den thermoplastischen Schmelzschichtverfahren (FDM/FFF) und gehört damit zu den additiven Fertigungsverfahren.
Der Druckkopf verarbeitet das Granulat dabei zu einem dünnen Schmelzfaden und trägt diesen auf dem Baufeld auf. Durch die automatische Generierung von Stützmaterial lassen sich auf diese Weise auch komplexere Formen umsetzen. Im Gegensatz zu den gängigen Schmelzschichtverfahren, wie dem Fused Filament Fabrication (FFF), wird beim FGM kein aufwändig produziertes Filament, sondern gängiges thermoplastisches Spritzgießgranulat aus der Serienfertigung verwendet.
