Werkstoffe

Beton aus dem Drucker

Nomalerweise befasst sich die IT&Production nicht groß mit Unternehmenslogos. Im Fall des Firmensteins von Voxeljet geht es nicht um die Markenbotschaft, sondern die Fertigungstechniken 3D-Druck und Betonguss. Statt von einem Festkörper Material abzutragen, wurden Formen gedruckt und später mit flüssigem Beton gefüllt – neue Formgebungstechniken und Hightech-Beton als Inspiration für Produktentwickler und Designer.

Bild: Voxeljet AG

Um den größstmöglichen Nutzen aus additiven Fertigungsverfahren zu schöpfen, müssen sich Ingenieure kreativ mit traditionellen Methoden und Werkstoffen auseinandersetzen. Denn obwohl Unternehmen in zahlreichen Anwendungen mit 3D-Druck bereits handfeste Kosten- und Zeitvorteile erzielen, bieten diese jungen Verfahren noch viel Raum für Experimente. Als solches ist wohl der Firmenstein zu verstehen, den sich der 3D-Druck-Anbieter Voxeljet für seinen Hauptsitz im bayrischen Friedberg hergestellt hat.

Spielwiese für Designer

Voxeljet ist auf den 3D-Druck von komplexen Formen und Kernen aus Sand für die metallverarbeitende Industrie spezialisiert. Genauso wie Metall lässt sich auch Beton in diese sandgedruckten Formen gießen. Mit dem Druck von Sandformen entstehen dabei, je nach Anwendung und Komplexität, sowohl wiederverwendbare als auch verlorene Schalungen. Der Vorteil von 3D-Druck liegt im werkzeuglosen, kostenoptimierten Fertigungsprozess. Der Firmenstein entstand in einem gemeinsamen Projekt mit der Dade Design AG, einem Spezialisten für Highend-Betondesign und Formenbau.

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Bild: Voxeljet AG

Von CAD-Datei zum Objekt

Am Anfang stand das CAD-Design. Um anschließend die Vorteile des 3D-Drucks auszunutzen, entschied sich Voxeljet für eine Hybridschalung, eine Kombination aus gedruckten und herkömmlichen Schalungselementen. Die 3D-gedruckten Elemente beschränkten sich dabei auf den komplexen Teil, die Front des Firmensteins. Einfachere Geometrien, wie die geraden Flächen, werden mit konventionellen Holzschalungen abgebildet. Der komplexe Teil des Firmensteins besteht im Wesentlichen aus der Gesteinsstruktur mit dem integrierten Logo, das aus der Hintergrundstruktur hervorragt. „Durch die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks lassen sich selbst hochkomplexe Geometrien mit Hinterschneidungen und gewollten Unebenheiten problemlos realisieren.“, sagt Tobias King, Director Applications bei Voxeljet. Für den Druck wurde die fertige Datei auf ein 3D-Drucksystem des Herstellers geladen. Das 3D-Drucksystem fertigte die Schalung dann über Nacht in einem Arbeitsgang im VX4000, dem größten industriellen 3D-Drucksystem mit einem zusammenhängenden Bauraum von 4x2x1 Meter (LxBxH). Das VX4000 trägt Sand in einer Schicht von 300 Mikrometern auf die Baufläche auf, bevor der Druckkopf die Schichten selektiv mit einem Bindemittel verklebt. Anschließend wurde das Rohteil gesäubert und mit einer PU-Dispersion bearbeitet, um Poren zu schließen und gleichzeitig die Formenoberfläche zu versiegeln.

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Bild: Voxeljet AG

Das Gießen des Betonblocks

Dann verschickte Voxeljet die nachbehandelte Form zum Guss in die Schweiz zu Dade Design. Damit sich die Sandform nach dem Guss leichter vom Beton entfernen lässt, tragen die Schweizer ein Trennmittel auf. Nach dem Aushärten des gedruckten Logos, wurde im zweiten Schritt der Rest des Firmensteins gegossen. Dafür verwendete das Unternehmen einen selbstverdichtenden Beton, UHPC oder Ultra-High Performance Concrete genannt. Bereits nach rund 20 Stunden war der Beton komplett ausgehärtet, und die Schalung konnte vorsichtig entfernt werden. Nach dem Entfernen der Schalung war der Firmenstein so gut wie fertig. Für den letzten Schliff verliehen Mitarbeiter von Dade Design dem Stein eine sogenannte Betonkosmetik, wobei sie den Beton polierten, um eine gleichmäßige und glatte Oberfläche zu erhalten. Das Resultat der ersten Versuche im Betonguss kann sich sehen lassen. Und die beiden Unternehmen konnten im Projekt erste Erfahrungen sammeln, wie sich 3D-Druck-Technologie und UHPC-Beton miteinander kombinieren lassen. Zeugnis darüber legt der fertige Stein ab, der am Eingang des Voxeljet-Verwaltungsgebäudes in Friedberg steht.

Bild: Voxeljet AG

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