Additive Fertigung – Engineering Technischer Kunststoffbauteile

Die Auslegung additiv gefertigter technischer Kunststoffteile (Funktionsteile, Strukturbauteile etc.) im Rahmen industrieller Anwendungen umfasst folgende zentrale Schritte:

• Festlegung von Anforderungen: Funktionale, mechanische, thermische und ggf. regulatorische Anforderungen sowie Einsatzbedingungen werden definiert. Dies ist die Grundlage für die weitere funktions-, belastungs-, material- und prozessgerechte Bauteilauslegung im 3D-Druck
• Werkstoffauswahl: Der passende Kunststoff wird hinsichtlich Temperatur-, Medienbeständigkeit und Festigkeit sowie sonstige Werkstoffanforderungen (Regulatorik/Zertifizierungen, Additive etc.) ausgewählt
• CAD-Design/Bauteilgeometrie: Die Bauteilgeometrie wird gezielt auf die Möglichkeiten der additiven Fertigung abgestimmt (verfahrensgerechte Bauteilgestaltung, Design for Additive Manufacturing)
• Simulationsgestützte Auslegung: Vor dem ersten Testdruck wird der Druckprozess mit einer von M.TEC entwickelten Berechnungsroutine simuliert, um die strukturmechanischen Eigenschaften des Bauteils zu ermitteln. Damit können die mechanischen Bauteileigenschaften vor dem ersten Druck analysiert werden und ebenso mögliche, für den Prozess ungünstige Geometriedetails identifiziert und angepasst werden
• Definition der Prozessparameter: Die optimalen Parameter für die additive Fertigung werden definiert. Dies beinhaltet auch das sog. Slicing (Erstellung G-Code), also die Definition des schichtweisen Aufbaus der Bauteilgeometrie
• Verifizierung: Auf der hausinternen großformatigen Fertigungsanlage bei M.TEC Am Standort erfolgt die Bauteilverifizierung per Testdruck mit möglichen letzten Optimierungen

Ja, dies ist in der Regel möglich. M.TEC analysiert für jedes Bauteil individuell, ob und wie gut eine additive Fertigung umsetzbar ist. Mögliche notwendige Anpassungen der Konstruktion führt M.TEC für Sie gerne aus, entsprechend einzelner Schritte des Auslegungsprozesses.

Insgesamt gilt bei der Umkonstruktion eines Spritzgussbauteils für die additive Fertigung, dass neben möglichen Einschränkungen beim 3D-Druck auch Vorteile gegenüber dem Spritzguss bestehen. Es sind z. B. höhere Wandstärken sowie Hinterschnitte möglich und Entformungsschrägen entfallen. Diese im Spritzguss vorhandenen Einschränkungen entfallen in der additiven Fertigung, was in der Umkonstruktion von Spritzgussteilen für den 3D-Druck vorteilhaft ausgenutzt werden kann.

Ja, M.TEC liefert Ihnen eine vollständige, simulativ abgesicherte funktions-, material- und prozessgerechte Bauteilauslegung für additive gefertigte technische Kunststoffteile in industriellen Anwendungen, inklusive der Verifizierung auf unserer hausinternen Großformat-Fertigungsanlage.

Im Gegensatz zu einer Umkonstruktion können bei einer Neukonstruktion natürlich sämtliche Vorteile der additiven Fertigung voll ausgeschöpft werden, um ein optimal gestaltetes 3D-Druck-Kunststoffbauteil zu erreichen.

M.TEC setzt in der Konstruktion additiv gefertigter technischer Bauteile in Absprache mit dem Kunden und je nach Projektanforderungen folgende CAD-Software ein:

• Siemens NX
• SolidWorks
• Creo
• CATIA

Lesen Sie mehr über die von M.TEC entwickelte Simulation des 3D-Drucks von Kunststoffbauteilen.

Ja, M.TEC führt für Sie Troubleshootings für Bauteile und Prozesse in der additiven Fertigung/im 3D-Druck aus. Melden Sie sich direkt, um Ihre Situation zu besprechen:

Grundsätzlich sind alle thermoplastischen Kunststoffe in additiven Verfahren nutzbar. Am besten geeignet für die additive Fertigung/den 3D-Druck großformatiger Funktionsbauteile sind faserverstärkte Thermoplaste in Granulatform, insbesondere

• PP (Polypropylen)
• PA (Polyamide; PA6, PA11, PA6.10)
• ABS (Acrylnitrilbutadienstyrol)
• ASA (Acrylnitrilstyrolakrylester)
• PET (Polyethylenterephthalat)
• PBT (Polybutylenterephthalat)

Füllstoffe haben eine positive, bauteilversteifende Wirkung. Besonders geeignet für die additive Fertigung sind Fasern aus Carbon und Glas.

Kunststoffe für additive Fertigungsverfahren sind in Granulatform vor allem kostengünstiger. Im Gegensatz zu Filamenten gibt es zudem eine größere Anzahl unterschiedlicher verfügbarer Materialien für technische Funktions- und Strukturbauteile.

Einige bestimmte Materialien, die für Spritzgussanwendungen entwickelt wurden, können unverändert für die additive Fertigung/den 3D-Druck eingesetzt werden, was große Vorteile bezüglich Kosten und Verfügbarkeit mit sich bringt. Prototypen können dabei unmittelbar aus dem Serienmaterial gefertigt werden

M.TEC bietet Ihnen als 3D-Druck-Entwicklungspartner ein vollständiges Engineering-Paket. Sie erhalten von uns als Entwicklungsdienstleister für additive gefertigte Funktionsteile alles aus einer Hand: 

• Anforderungsmanagement/Konzeption
• Simulationsgestützte, material- und prozessgerechte Auslegung mithilfe einer neuen Simulationsroutine für die additive Fertigung von Kunststoffteilen, entwickelt von unserer hausinternen Berechnungsabteilung
• Tiefgreifende Materialexpertise für das Engineering sowie Herstellung, Lieferung und auch Materialentwicklung (mit Materialkartenerstellung) in direktem Zugriff innerhalb der Firmengruppe
• Verifizierung auf hausinterner Großformat-Fertigungsanlage
• Projektmanagement von der Idee bis zur Serie

Seit über 30 Jahren arbeiten wir als Ingenieurdienstleister in unterschiedlichen Branchen. Setzen Sie auf unsere Fähigkeit, Ihre Situation zu verstehen und mit Ihnen gemeinsam eine wirtschaftliche und zugleich innovative Engineering-Lösung zu entwickeln. 

Der Projektablauf für die Entwicklung eines 3D-Druck-Bauteils folgt im Wesentlichen diesen Schritten:

• Klärung der Aufgabenstellung und des Projektumfangs (Scope)
• Erstellung eines Angebots
• Ermittlung und Definition von Anforderungen bzw. Lastenheft
• Konzepterstellung
• Auslegung und Konstruktion
• Simulative Absicherung
• Verifizierung mittels Testdruck bei M.TEC oder beim Kunden
• Optional: Begleitung des SoP

Da jedes Entwicklungsprojekt anders ist können diese Schritte natürlich auch unterschiedlich aussehen, aber im Wesentlichen stellt dies die Entwicklungsschritte im Engineering von 3D-Druck-Funktionsbauteilen aus Kunststoff dar.

Um Ihnen ein Angebot für die Entwicklung eines Kunststoffbauteils für das AM-Verfahren erstellen zu können, benötigt M.TEC von Ihnen als Auftraggeber möglichst detaillierte Informationen zu:

• Aufgabenstellung
• Anforderungen (Bauraum, Lastfälle, Einsatzort etc.)
• CAD-Daten des Bauteils, sofern vorhanden
• Angaben zum Fertigungsverfahren (Anlage, Maschinenparameter, …)

Grundsätzlich ist eine möglichst enge Abstimmung zu allen Details vorteilhaft. Sprechen Sie uns einfach an, auch wenn Ihnen nicht alle Informationen vorliegen:

M.TEC bietet Ihnen den großen Vorteil eines direkten Zugangs zu den Ressourcen der AKRO-PLASTIC GmbH als einem der bedeutendsten Materialentwickler und -hersteller technischer Kunststoffcompounds in Europa.

Neben der Lieferung zahlreicher für die additive Fertigung zertifizierter Kunststoffe bietet die AKRO-PLASTIC GmbH auch die Möglichkeit der indivduellen Materialentwicklung sowie Materialkartenerstellung.

M.TEC übernimmt im Rahmen von Bauteilverifizierungen Testdrucke. Ebenso möglich ist die Herstellung von Prototypen.

Zu Fragen einer möglichen Serienfertigung nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf:

Das Large Scale Additive Manufacturing (LSAM) bezeichnet das additive Fertigen großvolumiger technischer Kunststoffbauteile für industrielle Anwendungen durch schichtweises Auftragen von Material. Zum Einsatz kommen hochleistungsfähige Extrusionsdrucker, die thermoplastische Polymere in Granulatform unter Wärmeeinfluss verarbeiten.

LSAM ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteilstrukturen und Funktionsbauteile mit hoher Gestaltungsfreiheit und Individualisierbarkeit. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren wie dem Spritzguss entfallen kostenintensive Werkzeuge, was insbesondere für Prototypen, Kleinserien, Produktionshilfsmittel und weitere großformatige Anwendungen in zahlreichen Branchen Vorteile bietet.

Granulate-Based 3D Printing bezeichnet das additive Fertigen mit thermoplastischen Kunststoffen in Granulatform. Das Ausgangsmaterial wird in einem Extruder aufgeschmolzen und anschliessend schichtweise zu einem Bauteil aufgebaut. 

Im Vergleich zum filamentbasierten FDM-Verfahren ermöglicht die Verwendung von Granulat eine größere Materialauswahl und -verfügbarkeit und führt in der Regel zu geringeren Materialkosten und höhere Durchsatzraten. Die Technologie eignet sich besonders für großformatige Anwendungen, da sie schnelle Fertigungszeiten und eine flexible Anpassung der Materialzusammensetzung bietet. 

Folgende Bezeichnungen beziehen sich auf die additive Fertigung von Kunststoffbauteilen, bei denen das Material vor dem Auftrag plastifiziert (aufgeschmolzen) wird: 

• Pellet Extrusion Manufacturing (PEM)
• Fused Granulate Fabrication (FGF)
• Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM)
• Fused Layer Modeling (FLM) nach VDI-Norm 3405
• Fused Deposition Modeling (FDM)®
• Fused Filament Fabrication (FFF)

Eine exakte Abgrenzung ist kaum möglich. Neben diesen gängigen Ausdrücken gibt es auch weitere Bezeichnungen, die u. U. unterschiedlich verwendet werden.