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Sondermaschinenbau

Kostenreduktion mit additiver Fertigung

Kleine Stückzahlen, große Teilevielfalt und hohe Materialanforderungen für die Produktion von Plasmabeschichtungsanlagen sind die täglichen Herausforderungen der Inocon Technologie GmbH. Durch die additive Fertigungsanlage und Hochtemperaturdruckmaterial der Firma Evo-Tech werden in der Produktion einiger Teile bis zu 90 Prozent Kosten eingespart.




Bild: Evo-Tech GmbH

Die Inocon Technologie GmbH verfügt über große Erfahrungen und zahlreiche Patente im Bereich Plasmahärten, -schweißen und -löten sowie über einen Plasmavorheizer für die Siliziumindustrie. Die Plasmakompetenz wird durch eine neuartige, patentierte und verschleißarme Plasmabeschichtungstechnologie erweitert und ist mit feinsten metallischen Pulvern und Dämpfen im atmosphärischen Bereich noch ein sehr junger und wenig erforschter Technologiebereich. Dabei wird einem Plasmastrahl Pulver oder Dampf zugeführt und in Atmosphäre eine Funktionsschicht abgeschieden.

Beschichtung für jeden Untergrund

Im Zuge der neuen Technologieentwicklung wurden mehrere Beschichtungsköpfe und eine neue Pulverzuführungstechnologie für feinste Pulver entwickelt. Bei der Anwendung der Inocon Plasmatechnologie mit Pulvern und Dämpfen können Funktionsschichten insbesondere auch auf sensiblen Substraten aufgebracht werden. So können zum Beispiel Leiterbahnen aus Kupfer oder Zinn auf Papier, Holz und praktisch allen Kunststoffen aufgebracht werden, ohne dass die zu beschichtenden Oberflächen beschädigt werden. Dies ist in Hinblick auf die hohen Schmelztemperaturen der Pulver eine bemerkenswerte Eigenschaft. Anwendungen derartiger Leiterbahnen sind zum Beispiel Handy-Antennen, LED-Strukturen oder auch reibwerterhöhende und verschleißmindernde Schichten.

Umfangreiche Einsatzgebiete für Plasmaköpfe

Die Aufbringung von Silikat- und Silikon-Dünnschichten über Dampf erzeugt durchsichtige Schichtdicken von wenigen Nanometern, die sehr weite Anwendungsbereiche umfassen: das Aufbringen von hydrophilen oder hydrophoben Schichten sowie Barriere-, Haft- beziehungsweise auch Antihaftschichteigenschaften auf Papier, Folien und fast allen denkbaren Oberflächen. Konkrete Anwendungen sind derzeit das Beschichten von Glas beziehungsweise Keramik, Antihaftschichten auf Produktionswalzen oder auch biozide Schichten für verschiedenste Anwendungen wie Anti-Fouling für Dächer, Fassaden und Schiffsrümpfe und Eliminierung von Keimen in Krankenhäusern, Arztpraxen, öffentliche Toiletten et cetera. Mit der Technologie lassen sich effizient die derzeit gängigen Schichten mittels PVD (physikalische vakuumbasierende Gasphasenabscheidung) und CVD (chemische vakuumbasierende Gasphasenabscheidung) durch atmosphärisch aufgebrachte Schichten ersetzen. Die Schichten erfordern vergleichsweise sehr niedrige Investitionen bei zumindest gleichwertigen Eigenschaften und sind auch in automatisierte Prozesse integrierbar. Da bei Atmosphärendruck gearbeitet werden kann, sind keine Vakuumkammern nötig, was kürzere Durchlaufzeiten und die Beschichtung größerer Werkstücke ermöglicht.

Große Teilevielfalt, kleine Losgrößen



Der Plasmakopf besteht aus einer Kombination aus spanabhebend und additiv gefertigten Bauteilen. Bild: Evo-Tech GmbH

Die Vielzahl an Anwendungsgebieten bringt ebenso vielfältige und unterschiedliche Anforderungen an die einzelnen Anlagen mit sich, die oftmals in vollautomatischen Systemen integriert sind. Die daraus resultierenden kleinen Stückzahlen und hohe Teilevarianz führen in der Produktion der erforderlichen Bauteile zu enormen Produktionskosten. Aus diesem Grund besuchte Inocon-Inhaber Dr. Fritz Pesendorfer die neue Produktionsstätte der Evo-Tech GmbH in Schörfling am Attersee. „Ich war überrascht, dass bei uns in Oberösterreich ein so innovatives Unternehmen 3D-Drucker produziert. Für mich war besonders die große Materialvielfalt, wie zum Beispiel das Hochtemperaturfilament oder das UV-beständige Filament interessant. Bisher haben uns diese fehlenden Eigenschaften am Einsatz der additiven Fertigung gehindert“ sagt Dr. Pesendorfer. Kurz danach hat die Firma Inocon Technology GmbH die erste Testanwendung definiert. Es sollte eine Schutzabdeckung am Plasmakopf, bestehend aus drei verschraubbaren Teilen, additiv gefertigt werden. Neben hoher Genauigkeit war vor allem die Temperaturbeständigkeit sowie die elektrische Durchschlagsfestigkeit ein entscheidendes Kriterium für den Einsatz der additiven Fertigung in der Kleinserienfertigung dieser Teile.

„Ich war überrascht, dass PPS bereits additiv verarbeitet werden kann. Noch mehr hat mich jedoch das Einsparungspotential von 90 Prozent im Vergleich zur zerspanenden Fertigung überzeugt“, sagt Dr. Pesendorfer. Der Grund der Kostenersparnis liegt klar auf der Hand. Müssen doch bei der spanabtragenden Fertigung die drei Bauteile aus 2,3 Kilogramm Rohmaterial herausgefräst werden, wobei 85 Prozent des Materials im Abfall landen. Bei der additiven Fertigung wird nur das Material aufgetragen, das auch benötigt wird. Außerdem läuft die additive Fertigungsanlage der Firma Evo-Tech mannlos und durch die geringen Anschaffungskosten ist ein deutlich geringerer Stundensatz als bei einer Fräsmaschine anzusetzen, was zu wesentlich niedrigeren Stückkosten führt. „Durch die Möglichkeit Bienenwabenstrukturen in unsere Bauteile zu integrieren, ermöglicht es uns der 3D-Drucker, das Bauteilgewicht um 50 Prozent zu senken, was enorme Vorteile für unsere bewegten Achsen birgt“, sagt Konstrukteur Markus Rotter.

Hohes Potential für die Zukunft

Die Anwendungsmöglichkeiten sind bei Inocon noch lange nicht erschöpft. Durch die hohe Durchschlagsfestigkeit des PPS von Evo-Tech sollten in kürze elektronische Isolationsbauteile aus Peek durch gedruckte PPS-Bauteile ersetzt werden, um auch in diesem Bereich die Produktionskosten zu senken und die Flexibilität zu steigern. Außerdem sieht die Firmenleitung vor allem auch in der Produktion von Montagehilfsmitteln und der Herstellung von Einzelteilen großes Potential für die Zukunft.

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