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Additive Fertigung

Großserienteile individualisieren

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Arburg Kunststoff-Freiformen basiert auf flüssigen Kunststofftropfen. Ausgangsmaterial ist Standardgranulat, das in einer Plastifiziereinheit aufgeschmolzen wird.
Bild: Arburg GmbH + Co KG

Industrie 4.0 in kunststoffverarbeitenden Betrieben



Individualisieren von Großserienteilen: Der Freeformer kann additiv eine individuell gestaltbare Geometrie (hier: Schriftzug aus PP) auf eine Büroschere aufbringen.
Bild: Arburg GmbH + Co KG

Viele Spritzgießer nutzen Industrie 4.0-Anwendungen oder zumindest Teilaspekte davon bereits. Dazu zählen zum Beispiel die Fertigung mit automatisierten Maschinen und Turnkey-Anlagen, eine interaktive Instandhaltungsplanung, selbstorganisierende Logistik und eine chargenbezogene Datenarchivierung. Die Smart Factory der Zukunft wird sich selbst steuern. Das heißt, die Produktionsdaten werden nicht mehr zentral verwaltet, sondern mobil dezentral angezeigt und ausgewertet. Die einzelnen Maschinen und Anlagen müssen gut aufeinander abgestimmt sein, damit der Produktfluss funktioniert. Für diese anspruchsvollen Aufgaben bedarf es gut geschulter Fachkräfte vor Ort, die wissen, wann und wie in den Produktionsprozess eingegriffen werden muss. Bereits 1986 zeigte Arburg auf der K ein vollautomatisches Fertigungssystem ohne manuelle Rüstvorgänge, das aus mehreren verketteten Die Anlage wurde bereits über das Arburg Leitrechnersystem (ALS) gesteuert, das stetig weiterentwickelt wird und das heute, genauso wie die Selogica-Steuerung, ein wichtiger Baustein der Industrie 4.0-Lösungen des Unternehmens ist.

Kunststoffteile mit Mehrwert veredeln

Durch Individualisierung von Großserienprodukten mit dem Freeformer lassen sich Kunststoffteile so veredeln, dass Hersteller daraus einen Mehrwert generieren können. Welches Potenzial in der Verknüpfung von Spritzgießen und industrieller additiver Fertigung unter Einbindung von Industrie 4.0-Technologien steckt, zeigt das Beispiel Büroschere stellvertretend für viele potenzielle wertschöpfende Produktionsprozesse beziehungsweise Produkte auf. Grundsätzlich lassen sich viele Großserienteile auf diese Art und Weise einfach individualisieren.

 

Additives Manufacturing

Der Freeformer ist für die industrielle additive Fertigung ausgelegt und vermag weit mehr zu leisten als einfache 3D-Drucker. Gegenüber anderen Verfahren der additiven Fertigung liegt ein bedeutender Vorteil darin, dass kostengünstige qualifizierte Standardgranulate zu funktionsfähigen Bauteilen verarbeitet werden können. Zu den bereits qualifizierten Materialien zählen ABS, PC, PA und TPU. Zusätzliche Kunststoffe sind Teil der Weiterentwicklung.

Beim Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) wird das Kunststoffgranulat ähnlich wie beim Spritzgießen zunächst in einem Plastifizierzylinder aufgeschmolzen. Eine starre Austragseinheit mit spezieller Düse trägt kleine Kunststofftropfen mittels hochfrequenter Piezotechnik im vorgegebenen Takt (60 bis 200 Hertz) schichtweise auf einen über drei Achsen beweglichen Bauteilträger auf. Der Bauteilträger wird so positioniert, dass jeder Tropfen auf die vorher berechnete Stelle gesetzt wird. Dabei verbinden sich die 0,2 bis 0,3 Millimeter großen Tropfen beim Abkühlen von selbst. So entsteht auf Basis von 3D-CAD-Daten Schicht für Schicht das gewünschte dreidimensionale Bauteil. Seine Oberfläche entspricht der eines grob strukturierten Spritzteils. Sie ist zwar durch die Tropfenform rau, aber besonders gleichmäßig. Je kleiner die Düse ist, desto kleiner sind die Tropfen und desto feiner wird die Oberflächenstruktur. Mit einer größeren Düse lässt sich hingegen ein schnellerer Arbeitsfortschritt erzielen.

Messungen der Zugfestigkeit zeigen, dass die Qualität von Bauteilen für die meisten Funktionsteile und Kleinserien vollkommen ausreicht. Ein Unterschied zum Spritzgießen liegt im Bruchverhalten, bei dem praktisch keine Dehnungsphase auftritt. Herausforderungen liegen weniger in der Zugfestigkeit als in der Realisierung dünner Wandstärken von weniger als 0,6 Millimetern oder filigraner Strukturen. Der Bauraum des Zwei-Komponenten-Freeformers bietet Platz für Teile, die max. 154 x 134 x 230 Millimeter groß sind. Standardmäßig ist der Freeformer mit zwei Austragseinheiten ausgestattet. Die zweite Einheit kann für eine zusätzliche Komponente genutzt werden, um beispielsweise ein Bauteil in verschiedenen Farben, mit spezieller Haptik oder als Hart-Weich-Verbindung zu erzeugen. Alternativ lassen sich damit Strukturen aus einem wasserlöslichen Stützmaterial aufbauen und auf diese Weise auch ungewöhnliche oder sehr komplexe Bauteilgeometrien realisieren.

Nach Entfernen der Stützstrukturen im Wasserbad können die Bauteile zum Beispiel als Designmuster sowie für Funktions- und Montagetests genutzt werden. Fallabhängig kann auf teure, zeitaufwendige Spritzgießwerkzeuge für Prototypen oder Kleinserien verzichtet werden. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass weder Staub noch Emissionen anfallen und deshalb keine weitere Infrastruktur erforderlich ist. Auf Absauganlagen oder Kühlwasser kann verzichtet werden. Das System ist daher auch für den Einsatz in einer Büro- oder Laborumgebung geeignet. Die Steuerung hat Arburg ebenfalls selbst entwickelt. Das Bedienpanel besteht aus einem leistungsstarken Industrie-PC mit Multi-Touchscreen, der über Gesten intuitiv gesteuert wird. Die 3D-CAD-Daten der herzustellenden Bauteile (STL-Files) werden nach qualitäts- und materialabhängigen Kriterien an einem PC offline aufbereitet. Eine spezielle Software erzeugt dabei durch Slicing die erforderlichen Fertigungsdaten.


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