Genau die richtigen Komponenten hintergrund

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3D-Druck – Der 3D-Druck-Spezialist Fabmaker setzt für seinen »Bildungsdrucker« auf bewährte Linearführungskomponenten von Igus. So erreicht der Anbieter Präzision und Wartungsfreiheit.

01. Juni 2017

Technikaffine Start-up-Unternehmen setzen wagemutiger als andere aufkommende Technologien neue, marktgängige Produkte um. Diese Feststellung gilt auch für die Fabmaker GmbH aus Braunschweig, die einen 3D-Drucker für den Schul- und Ausbildungsbereich entwickelt hat. Bei der Auswahl der Funktionselemente und Komponenten, die sie in ihrem »Bildungsdrucker« verbauen, setzen die Mitarbeiter um Geschäftsführer Dean Ciric jedoch auf Industrieerprobtes, wie die Zusammenarbeit von Fabmaker und Igus zeigt.

3D-Druck ist im Prinzip die Fortführung der seit 30 Jahren bekannten Stereolithografie, der findige Software-Entwickler Mitte der 1990er-Jahre das Schild »Rapid Prototyping« umgehängt haben. Doch 3D-Drucker liefern längst nicht mehr nur Prototypen, anhand derer sich Entwickler über Funktionen, Design oder Haptik ihrer Kreationen austauschen. Chinesische Unternehmen lassen mittlerweile im 3D-Druck großformatige Bausegmente entstehen, die nach dem Lego-Prinzip zu kompletten Einfamilienhäusern zusammengefügt werden können. Ein Dach überm Kopf für etwa 7.000 Euro – allerdings in China...

»Vor etwa drei Jahren erlebte der 3D-Druck einen richtigen Hype«, erklärt Daniel Kerlin, der bei Fabmaker für Marketing und Vertrieb verantwortlich ist. »Da haben wir uns gesagt: Die Technologie ist marktreif. Jetzt muss man die Menschen an sie heranführen; Schüler an Grund- und weiterführenden Schulen, Auszubildende in Betrieben, Studenten an Hoch- und Fachschulen sollen lernen, was mit dieser Technologie alles möglich ist.«

Das erklärte Ziel von Fabmaker sei es also gewesen, einen 3D-Drucker mit zwei Druckköpfen zu entwickeln, der leicht zu bedienen und sicher ist, der zuverlässig funktioniert und der dank seiner technischen Eigenschaften und seiner Software professionelle Ergebnisse liefert. »Und um entweder Filamente in zwei Farben oder aus zwei unterschiedlichen Materialien zu verarbeiten, musste unser 3D-Drucker zwei Druckköpfe haben«, ergänzt Kerlin.

Neben Geschäftstätigkeit und Alleinstellungsmerkmal wird hier vor allem der erklärte Zielmarkt deutlich: die Aus- und Weiterbildung. Sie ist ein riesiger, aber weitestgehend unbeachteter Markt. Zum einen fehlt dem Bildungsbereich die Lobby, zum anderen adressieren die meisten Unternehmen mit ihren neu- und weiterentwickelten Produkten industrielle Anwendungen, was in aller Regel letztlich auf einen Verdrängungswettbewerb hinausläuft.

Bevor das Projekt »Bildungsdrucker« gestartet wurde, haben Daniel Kerlin und Stefan Silder, verantwortlich für die technische Entwicklung bei Fabmaker, viele der damals am Markt verfügbaren 3D-Drucker unter die Lupe genommen. Da gab es nach den Worten von Kerlin »teilweise schon bemerkenswerte Unterschiede«, die aber gezeigt hätten, welche Details bei der Konstruktion wichtig sind.

Dazu gehört die präzise, erschütterungsfreie Positionierung der beiden Druckköpfe, durch deren Düsen die auf 250 Grad Celsius erhitzen Filamente fließen, die im Schmelzschichtverfahren die gewünschten Konturen entstehen lassen. Es war zwar der Anspruch »nicht so genau wie möglich, sondern so genau wie nötig zu arbeiten«, doch was das heißt, zeigt die erreichte Positioniergenauigkeit der Düsen: 0,0125 Millimeter.

Voraussetzung für einen solchen Wert ist eine hochgenaue Linearführung, auf der die Druckköpfe in x-, y- und z-Richtung verfahren werden. Diese Führung sollte nicht nur präzise sein, sondern auch noch schmiermittel- und möglichst wartungsfrei. Für Stefan Silder ist das ein Muss. »Es wäre fatal, wenn bei Temperaturen oberhalb von 200 Grad Celsius Schmiermittel wie Öl oder Fett austreten und das zu druckende Objekt oder den Arbeitsraum verunreinigen.«

Die von Fabmaker angestrebte Wartungsfreiheit ergibt sich daraus, dass ihr Bildungsdrucker ein Lehrmittel ist, das immer verfügbar sein muss und viele Jahre lang ausfallsicher zu funktionieren hat. Zudem seien die Menschen, die an die 3D-Druck-Technologie herangeführt werden sollen, technisch ganz unterschiedlich vorgebildet. »Der Drucker muss also Fehlbedienungen verzeihen können«, sagt Silder. Und letztlich sollte auch der Preis für die Linearführung im Rahmen bleiben.

Anhand dieser Spezifikationen schauten sich Daniel Kerlin und Stefan Silder auf dem Markt nach einer solchen Linearführung um, verglichen verschiedene Produkte unterschiedlicher Anbieter, testeten, verwarfen und wurden schließlich bei Igus in Köln fündig. Nicht ganz ohne Grund, denn für ihren 3D-Drucker brauchten sie ja auch Energieführungsketten.

Maik Röttger, damals neu als technischer Verkaufsberater Lagertechnik im Igus-Büro Hannover, empfahl eine vorkonfektionierte Linearführung aus dem Drylin W-Baukasten.

Er nennt ein weiteres Argument für die Schmiermittelfreiheit: »Schmiermittel ziehen Schmutz und Staub an. Beides kann man im Arbeitsraum eines 3D-Druckers genauso wenig gebrauchen wie beispielsweise in einem Reinraum, wo unsere Linearführungen ebenfalls in vielen verschiedenen Applikationen zum Einsatz kommen.« Die Hochleistungskunststoffe von Igus ermöglichen also wartungsfreie Linearführungen.

Zudem sorgen Gleitfolien aus verschiedenen schmierfreien iglidur Hochleistungspolymeren dafür, dass sich die Drylin W-Führungen gegenüber kugelumlaufgeführten Wagen »flüsterleise« bewegen. Sie können in die Lagergehäuse, die es wahlweise aus Aluminium, Edelstahl oder Zinkdruckguss gibt, ohne großen Montageaufwand eingeclipst werden. Optional lässt sich das Lagerspiel individuell einstellen.

Die Drylin W-Linearführungen, die es als Einzel- oder Doppelschienensysteme gibt, sind modular aufgebaut. Ihre Profilschienen bestehen aus hartanodisiertem Aluminium, das für optimale Reibeigenschaften, geringen Verschleiß sowie für Leichtbau steht. Alternativ gibt es die Führungen auch aus Edelstahl oder ultraleicht aus Carbon und GFK. Und es gibt eckige Schienen mit Loslagerfunktion für den Einbau über Eck. Allesamt einfach zu montieren. So erhält Fabmaker einen kompletten Baukasten für vielfältige Anforderungen.

Die passende Kette

Letztendlich blieb noch die Frage, welche Energieführungsketten in den Bildungsdruckern von Fabmaker eingesetzt werden sollen. »In diesem Segment kommt man an Igus nicht vorbei«, betont Stefan Silder. »Die Kölner entwickeln seit über vierzig Jahren Hochleistungskunststoffe und haben das umfassendste Programm an Kunststoffketten weltweit. Angesichts dieser Vielfalt brauchten wir zuallererst eine fundierte technische Beratung darüber, mit welchem Kettentyp sich unsere Anforderungen am besten realisieren lassen.«

Die Beratung gab es prompt durch Frank Klingemann, technischer Verkaufsberater E-Kettensysteme mit Sitz in Salzgitter. Er erinnert sich: »Für ihren 3D-Drucker brauchte Fabmaker zwei Energieketten. Eine, die stehend in der vertikalen z-Achse läuft und die Steuer- und Versorgungsleitungen für das Druckbett sicher führt, und eine freitragende für die Steuer- und Versorgungsleitungen für die Druckköpfe in der horizontalen x-y-Achse.« Die Ketten sollten wartungsfrei sein und zudem einen möglichst geringen Biegeradius haben, damit sie nicht so weit in den Arbeitsraum hineinreichen. Außerdem war vorgegeben, dass die in der Horizontalen laufende Energieführungskette nicht durchhängt.

Leichtes Modell

Anhand dieser Anforderungen empfahl sich für beide Anwendungen eine leichte und kostengünstige Kette der Serie E2 micro. Doch nach einigen Tests zeigte sich, dass diese an den Druckköpfen etwas durchhing. Frank Klingemann schlug einen stabileren Kettentyp vor: eine Kette der Serie E2.1 micro. Und er empfahl, die Kette gegenläufig zu den Druckköpfen zu führen. Die anschließenden Tests bestätigten dies. Der Kettentyp eignet sich für freitragende Anwendungen bis 0,75 Meter. Er ist robust, leise laufend und bietet Innenbreiten bis 50 Millimeter, wobei die glatten Konturen eine größtmögliche Kabelschonung garantieren.

Trotzdem sieht Daniel Kerlin immer noch Optimierungsbedarf und lobt zugleich die gute Zusammenarbeit mit den beiden Beratern von Igus: »Wir stehen zwar nicht permanent miteinander in Kontakt, aber wenn wir Fragen haben, können wir uns jederzeit an Igus wenden. Und Maik Röttger oder Frank Klingemann kommen auch zu uns in den Technologiepark, wenn wir mal eine andere Energieführungskette testen möchten oder wenn wir technische Fragen etwas ausführlicher erörtern möchten.«

Die Kunden von Fabmaker sind mit den 3D-Druckern zufrieden. »Zumindest ist noch kein Gerät aufgrund eines technischen Defektes wieder zu uns zurückgekommen«, sagt Daniel Kerlin abschließend,

Die Frage, ob man bei Fabmaker bereits an einem 3D-Drucker mit noch mehr Druckköpfen arbeite und welche Energieführungsketten und Linearführungen möglicherweise dann benötigt würden, beantwortet Stefan Silder mit einem vielsagenden Lächeln: »Geplant ist das momentan nicht, aber wenn wir daran gehen sollten, werden wir sicher zuallererst wieder mit Igus sprechen.« mk

Hintergrund

Igus erweitert Angebot für additive Fertigung von Verschleißteilen

• Die additive Fertigung wird heute in der Industrie immer mehr zu einem wichtigen und viel diskutierten Thema. Dies liegt vor allem daran, dass Sonderteile vom Einzelstück bis zu mittleren Serien einfach, kostengünstig und schnell gedruckt werden können.

 

• Ist der Kunde auf der Suche nach einer verschleißfesten Sonderlösung, bietet sich der 3D-Druck bei Igus an. Hier können Kunden zwischen sechs Tribo-Filamenten für das FDM-Verfahren und jetzt zwei Pulvern für das Selektive Lasersintern (SLS) auswählen. So hat der Motion-Plastics-Spezialist auf der Hannover Messe das Lasersintermaterial Iglidur I6 speziell für schmier- und wartungsfreie Zahnradanwendungen vorgestellt, um die Lebensdauer von Zahnrädern noch weiter zu erhöhen.

 

• Um ein tribologisch-optimiertes Teil schnell zu erhalten, kann der Kunde auf den 3D-Druckservice von Igus zurückgreifen. Er muss nur auf www.igus.de/3ddruckservice gehen, seine STEP-Datei hochladen und das passende Material auswählen. Mit einem Mausklick kann dort abschließend direkt das individuelle Teil bestellt werden.

 

• Eine weitere Alternative ergibt sich durch kundenindividuell gefertigte, 3D-gedruckte Spritzgusswerkzeuge. Anwender können jetzt aus dem gesamten Sortiment der 50 Iglidur Hochleistungskunststoffe – darunter Spezialisten für Hochlast, Lebensmittelkontakt, Unterwassereinsatz oder Hitze – wählen und so in nur zwei bis fünf Tagen ihre spezifischen Sonderteile und Kleinserien für bewegte Anwendungen erhalten.

Erschienen in Ausgabe: 05/2017