Gleiten für die Präzision

Titel

Gleitlager – Der 3D-Druck ist ein Fertigungsverfahren mit großer Zukunft. Entscheidend für den laufruhigen und zuverlässigen Betrieb professioneller 3D-Drucker sind auch tribologisch optimierte Polymer-Gleitlager.

16. September 2014

Eine der zukunftsträchtigsten Entwicklungen in der Produktionstechnik der vergangenen Jahre sind so genannte 3D-Drucker, die völlig neue Möglichkeiten für das Rapid Prototyping oder die Fertigung von Kleinserien eröffnen. Sehr vielseitig einsetzbar sind dabei Geräte, die nach dem Verfahren der sogenannten Fused Filament Fabrikation (FFF) arbeiten. Dabei wird thermoplastischer Kunststoff in Faserform einem beheizten Druckkopf zugeführt, der das aufgeschmolzene Material in X- und Y-Richtung in einer sehr dünnen Schicht auf den Drucktisch aufträgt. Durch das Absenken des Tisches in Z-Richtung werden so mehrere Kunststoffschichten aufeinander gelegt, bis das Objekt exakt die Form der digitalen Vorlage annimmt. Dabei lassen sich auch sehr filigrane Strukturen aufbauen.

Der Drucktisch selbst bewegt sich bei diesem Vorgang nahezu geräuschlos in Zehntelmillimeter-Schritten abwärts. Entsprechend präzise müssen die Bauteile des eingesetzten 3D-Druckers arbeiten. Der österreichische Hersteller EVO-tech aus Seewalchen am Attersee in Oberösterreich nutzt in seinem professionellen 3D-Drucker Evolizer für diese anspruchsvolle Aufgabe deshalb einbaufähige Lineargleitlagerlösungen aus dem Drylin-Programm des Kölner Kunststoffspezialisten Igus. Markus Kaltenbrunner, Konstrukteur und CEO von EVO-tech, erinnert sich an die Anfänge: »Zunächst habe ich aus dem Igus-Baukasten mithilfe der Einzelkomponenten Führungsschiene, Schlitten, Gewindemutter und Spindel selbst eine Linearlösung gebaut, aber mittlerweile setzen wir beim Evolizer die komplette, einbaufertige Lineargleitlagereinheit Drylin SLW ein.«

Ausschlaggebend für die Wahl der Igus-Lineargleitlager für die präzise Bewegungsführung des Drucktisches war für Kaltenbrunner unter anderem der ruhige und vibrationsfreie geräuscharme Lauf, weil bei ihnen im Unterschied zu Wälzlagern keine harten Reibungspartner abrollen müssen wie beispielsweise Metall- oder Keramikkugeln. Für EVO-tech ist das ein wichtiges Kriterium, schließlich haben die Österreicher das kompakte Desktop-Gerät für Einsätze in einer ruhigen Umgebung konzipiert, beispielsweise zur Herstellung von Anschauungsmodellen, Prototypen und Kleinserien bei Architekten, Prototypenbauern und Kleinstserien-Produzenten. Damit positioniert das Unternehmen den Evolizer genau in der Mitte zwischen den selbstgebauten 3D-Druckern für den privaten Gebrauch und den großen 3D-Druckern für industrielle Anwendungen.

Schmier- und wartungsfrei

Ebenso wichtig für den professionellen Einsatz ist neben dem leisen Lauf auch eine möglichst hohe Qualität der produzierten Objekte. Die aus Hochleistungspolymeren mit integrierten Festschmierstoffen gefertigten Gleitlager arbeiten deshalb ohne Zugabe von Schmierstoffen, die das Rohmaterial oder das gedruckte Produkt verunreinigen könnten. Zugleich macht der Trockenlauf die 3D-Drucker wartungsfrei und ausfallsicher. Ein weiterer Vorteil der laufruhigen Drylin-Lineargleitlager und Gewindetriebe beim Einsatz in 3D-Druckern ist auch, dass sie unabhängig vom Verfahrweg sowohl bei langsamen Bewegungen als auch bei hohen Beschleunigungen eingesetzt werden können. Dies gewährleistet jederzeit die hohe Positionierungsgenauigkeit, um auf der Grundlage von CAD-Modellen das Produkt detailgetreu reproduzieren zu können.

Insgesamt umfasst das flexible Lineartechik-Baukastensystem von Igus unter dem Markennamen Drylin fünf Baureihen, von der einfachen Profilschienenführung über Lineareinheiten mit Spindelantrieb oder Zahnriemen bis zur kompletten Linearachse mit Motor in verschiedenen Größen und Breiten. So ist allein das Linearführungssystem DrylinW mit 14 unterschiedlichen Profilen und 50 Schlittenvarianten verfügbar.

Dazu kommen die kompakten Linear-Wellenführungen der Baureihe Drylin R, die sich besonders für die Führung des Druckkopfes eignen, da sie die Achsen nicht beschädigen und ein sehr geringes Lagerspiel haben. Für die Höhenverstellung in der Z-Achse prädestiniert ist die Miniaturgleitführung DrylinN aufgrund des kleinen Bauraumes mit besonders niedrigen Profilen in verschiedenen Breiten. Sämtliche Drylin-Lineareinheiten sind sehr robust und laufen ohne Schmierung. Die hoch verschleißfesten Polymere und die spezielle Geometrie versprechen eine lange Lebensdauer. Zudem sind die kompakten Lösungen in sehr vielen Anwendungen eine kosteneffiziente Alternative zu gängigen Führungssystemen.

Die sichere Führung der Anschlusskabel bei dem computergesteuerten Druckvorgang im Evolizer gewährleistet Igus zudem mit zuverlässigen Energieführungsketten, die sich aufgrund ihrer geringen Bauhöhe und engen Biegeradien für die engen Bauräume in 3D-Druckern eignen. Speziell die Mikrokettenserien mit ihrem sehr geringen Gewicht sind dabei prädestiniert für dynamische Anwendungen in jeder Bewegungsrichtung. Zugleich verhindern die darin geführten, speziell für dauerbewegte Anwendungen konzipierten Steuer- und Motor-Leitungen aus dem Chainflex-Programm eventuelle Leitungsausfälle und gewährleisten damit eine lange Laufzeit der 3D-Drucker. Kombiniert mit motorisierten Drylin-Linearachsen, den passenden Motorflanschen, Kupplungen sowie elektrischen Schritt- und Gleichstrommotoren, können die Kölner damit eine komplett einbaufertige Betriebseinheit aus einer Hand liefern.

Systemlösungen aus einer Hand

Der Rundum-Service ist auch dem Unternehmen EVO-tech wichtig, wenn es um die Bedienerfreundlichkeit bei 3D-Druckern geht. Damit der Evolizer einwandfrei funktioniert und um Ausfälle zu verhindern, installiert EVO-tech seinen 3D-Drucker vor Ort, kalibriert ihn, schult den Anwender und stellt einen Experten für das Auto-CAD-System zur Seite. Bei der Entwicklung des 3D-Druckers »Evolizer« halfen die Igus-Ingenieure zudem durch Beratung bei der Auswahl der richtigen Gleitlager- und Energiekettenlösungen, so dass EVO-tech die Prozesskosten senken und Entwicklungszeit einsparen konnte.

Auf einen Blick

- Die Igus GmbH mit Sitz in Köln ist ein weltweit führender Hersteller in den Bereichen Energieführungssysteme und Polymer-Gleitlager.

- Das Familienunternehmen ist in 35 Ländern vertreten und beschäftigt weltweit rund 2.400 Mitarbeiter. 2013 erwirtschaftete Igus einen Umsatz von 427 Millionen Euro.

- Eigene Testlabore und große Fertigungsstätten ermöglichen es, innovative und individuell zugeschnittene Produkte und Lösungen kurzfristig anzubieten.

Werkstoffe Faden für die Fertigung

Die Technik des 3D-Druckens bietet zahlreiche neue Möglichkeiten für die Produktentwicklung und -gestaltung. So lassen sich mit 3D-Druckern nahezu beliebig geformte Werkstücke auf Basis von CAD-Daten dreidimensional aufbauen. Dabei entstehen einerseits keine hohen Werkzeugkosten, zudem sind der Formgebung kaum Grenzen gesetzt. Passend dazu hat der Kölner Kunststoffspezialist Igus den weltweit ersten tribo-optimierten Kunststoff in Fadenform vorgestellt, der in 3D-Druckern zum Einsatz kommen kann. Der Werkstoff eignet sich dabei ideal zum Aufbau von Lagerstellen bei bewegten Anwendungen, da er bis zu 50-mal abriebfester ist als herkömmliche Materialien für den 3D-Druck. Die Kunden des Unternehmens können dem Tribo-Filament auf diese Weise auch außergewöhnliche Sonderformen von Gleitlagern oder Prototypen relativ kostengünstig und schnell realisieren und dabei gleichzeitig auf die getestete Lebensdauer des bewährten Werkstoffs vertrauen. Im Internet stehen dazu erste 3D-Modelle der Igus-Produkte im STL-Format zum Download bereit, die direkt in üblichen 3D-Druckern eingesetzt werden können. Insgesamt umfasst das Katalogangebot von Igus heute 45 unterschiedliche Hochleistungskunststoffe als Werkstoff für Gleitlager sowie zusätzlich mehr als 100 Sonderwerkstoffe auf Kundenwunsch. Mit dem neuen Filament haben Kunden in Zukunft zusätzlich noch mehr Freiheiten bei der konstruktiven Gestaltung von Lagerstellen.

Erschienen in Ausgabe: 07/2014