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Prototypen am Schreibtisch drucken

Das Büro mit Werkstatt

Die Encee CAD/CAM-Systeme GmbH in Amberg ist eines der ersten Unternehmen, das Technologie des Start-ups Desktop Metal in Deutschland anbietet. Mit dem kürzlich vorgestellten Studio System des amerikanischen Herstellers können Mitarbeiter Prototypen aus Metall direkt in ihren Büros additiv fertigen.

Studio System: encee präsentiert den Metalldrucker von Desktop Metal auf der METAV in Düsseldorf (Bild: Encee CAD-CAM Systeme GmbH)

Bild: Encee CAD-CAM Systeme GmbH

Das Studio System von Desktop Metal wurde im Mai 2017 auf den Markt gebracht und ist nach Herstellerangaben das erste Metall-3D-Drucksystem, das für den Betrieb in Büros ausgelegt ist. Die Lösung ist eigens für die Prototypenherstellung gedacht, während das Production System des gleichen Herstellers hohe Stückzahlen generativ produzieren soll. Das Studio System ist eine Plattform bestehend aus Drucker, Debinder und Sinterofen. Die neue Technologie des dreistufigen Prozesses funktioniert mit legierten und hochlegierten Stahlsorten sowie mit Edelstahl, Kupfer und Nickel-Cobalt-Legierungen. In der ersten Stufe des Prozesses werden Stäbe, die aus einem in Wachs gefassten Metallpulver bestehen, in 50 Mikrometer dicken Schichten auf einer Grundplatte zu einem Bauteil extrudiert. Dieses ‚Green Part‘ wird in der Reinigungsstation automatisch von den Wachsanteilen befreit. Anschließend erwärmt der Sinterofen die Bauteile, bis das Metall zu einem vollkommen dichten Teil ohne Eigenspannung im Gefüge verschmilzt. So lassen sich Bauteile mit den Höchstmaßen 255x170x170 Millimeter herstellen. Durch einfache Entfernung der Support-Geometrien von Hand, schnellen Materialwechsel und den Verzicht auf die Lasertechnologie kann das System direkt in Design Studios oder Büros eingesetzt werden. Um den Schwund und andere technologische Eigenschaften unterschiedlichen Materials auszugleichen, werden die Prozesse von einer webbasierten Software gesteuert, welche jede Phase der Prozesse automatisiert. Anwender können über diesen Weg aus einem 3DCAD-Modell zügig ein fertiges Bauteil aus Metall erstellen.

Werkzeug und Formenbau

Built-Rite, ein amerikanischer Hersteller von Spritzgieß-Formen in Massachusetts, hat das Studio System als einer der ersten Anwender für Komponenten von Spritzgieß-Formen evaluiert. Ein Werkzeug besteht aus vielen komplexen Kavitäten, Einsätzen und Kühlkanälen und muss wiederholten Stößen und Belastungen durch Hochtemperaturpolymere standhalten. Für den Test wählte Built-Rite einen bekannten Formeinsatz eines Spritzgieß-Werkzeuges aus. Nach der Herstellung mit dem Studio System wurde die Oberfläche der 3D-gedruckten Formeinsätze geschliffen, um die geforderten Toleranzen und Oberflächengüten zu erreichen. Die Mechaniker stellten anschließend fest, dass die Teile wie üblich erhitzt werden konnten, ohne dass es zu Problemen bei der Toleranz oder dem Einbau in den Formaufbau kam. Anschließend wurden einige Kavitätsoberflächen erodiert, um die gewünschte Oberflächengüte zu erreichen. Die Bediener mussten dazu weder Erodier-Parameter für die Prototypen eigens anpassen, noch lag der Elektrodenverschleiß über dem üblichen Maß. Nach Montage in den Formaufbau wurden Kunststoffteile aus Acetal – einem abriebfesten, reibungsarmen Kunststoff – gespritzt. Der Testlauf mit circa 100 Zyklen zeigte keine Fehler in den produzierten Kunststoffteilen und der 3D-gedruckte Einsatz zeigte keinerlei Verschleißerscheinungen. Im Vergleich zu dem Angebot einer externen Prototyping-Werkstatt konnte Built-Rite mit dem Studio System die Kosten um 90 Prozent reduzieren, eine Zeitersparnis von 30 Prozent erreichen und das Gewicht des Bauteils um 41 Prozent verringern. Besucher der Metav in Düsseldorf konnten sich das neue System von Desktop Metal auf dem Messestand von Encee anschauen.

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