Gamechanger für chemieresistente Bauteile

Hochleistungskunststoffe für den 3D-Druck

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10.10.2016 Komponenten für Chemieanlagen sind oft Spezialanfertigungen, für die der 3D-Druck geradezu prädestiniert ist. Für Anwendungen, in denen die Kunststoffkomponenten mit aggressiven Stoffen in Kontakt kommen, gibt es nun abriebfeste und beständige Filamente.

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Entscheider-Facts für Planer und Betreiber

  • Die additive Fertigung von Anlagenkomponenten per 3D-Druck ist für die Ausrüster von Anlagen ein „Gamechanger“.
  • Seit Neuestem steht für den 3D-Druck auch ein Filament zur Verfügung, das nicht nur außerordentlich abriebfest ist, sondern auch hochbeständig gegenüber aggressiven Chemikalien.
  • Die per 3D-Druck gefertigten Teile erreichen mechanische Eigenschaften, die denen von per Spritzgussverfahren erstellten Komponenten vergleichbar sind.

Es kristallisiert sich heraus, dass die additive Fertigung ein sogenannter „Gamechanger“ ist. Schnellere Produktzyklen und kürzere maschinelle Entwicklungszeiten in der Industrie können mit 3D-Druck abgebildet werden. Zwar ist die Materialauswahl bis dato begrenzt, doch nach und nach drängen neue Mitspieler auf den Markt – mit neuen Materialien und verbesserten Druckmethoden. Dazu zählen neben Anbietern, die mit herkömmlichen ABS-Materialien arbeiten, auch hochspezialisierte Anbieter wie Igus. Aus Sicht des Kölner Spezialisten bietet der 3D-Druck mit Tribo-Polymeren viele Vorteile – kombinieren additive Fertigung und Hochleistungskunststoffe zwei moderne  Technologien, die sich optimal ergänzen: Sie ermöglichen eine große Freiheit in der Konstruktion bei gleichzeitiger Verschleißfestigkeit der verwendeten Bauteile.

Tribo-Filamente und Tribo-SLS-Pulver für hohe Verschleißfestigkeit

Mit den inzwischen sechs Tribo-Filamenten können nicht nur Gleitlager oder komplexere Bauformen hergestellt, sondern auch direkt in industriellen Anwendungen betrieben werden. Sie werden im sogenannten „FDM“-Verfahren genutzt, bei dem Werkstücke schichtweise aus den schmelzfähigen Kunststoffen aufgebaut werden. Darüber hinaus gibt es seit Ende des letzten Jahres das erste Tribo-SLS-Pulver für das selektive Lasersintern. „Das Lasersintern ist im 3D-Druck bekannt für eine viel höhere Präzision im Vergleich zum FDM-Verfahren“, erklärt Tom Krause, verantwortlicher Produktmanager bei Igus. „Ein weiterer Vorteil unseres neuen Werkstoffs ist außerdem, dass die Bauteile durch den Druck im SLS-Verfahren eine viel höhere Festigkeit erreichen.“ Beim Lasersintern sind keine Stützstrukturen nötig, da das lose Pulver, das vom eingesetzten Laser nicht aufgeschmolzen wird, als Stützmaterial fungiert. So sind an den Bauteilen weniger Nacharbeiten nötig, die gefertigten Teile können direkt eingesetzt werden.

Spezialist für die Pharma- und Lebensmittelindustrie

Mit Iglidur C210 steht seit Neuestem ein Tribo-Filament zur Verfügung, das besonders chemikalienbeständig ist. Es widersteht einer Vielzahl von Säuren und Lösungsmitteln. Selbst gegen Wasserstoffperoxid, das häufig als Bleich- und Desinfektionsmittel eingesetzt wird, ist das Filament immun. Zudem zeichnet sich der Werkstoff durch eine hohe Verschleißfestigkeit aus, die für eine lange Lebensdauer des gedruckten Bauteils sorgt. Strapazierfähig erweist es sich auch gegen hohe Temperaturen. Kurzfristig hält das Material Temperaturen bis 180 °C aus, langfristig bis zu 100 °C. Der Werkstoff ist wahlweise mit einem Durchmesser von 1,75 oder 3 mm erhältlich und kann damit von handelsüblichen 3D-Druckern für das FDM-Verfahren genutzt werden. Das Filament eignet sich für eine Reihe von Branchen und Anwendungen, gerade für hygienisch sensible Bereiche wie beispielsweise in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, wo Bauteile häufig in Kontakt mit aggressiven Reinigungsmitteln kommen.

Tribo-Filament setzt sich gegen ABS-Material durch

Bei der Neuentwicklung von Produkten direkt aus 3D-CAD-Daten lassen sich konstruktive Änderungen sofort umsetzen und die nächste Generation des Prototyps oder Designmusters ohne Werkzeug schnell selbst herstellen.  Ideal, um ein neues Produkt zunächst in der Praxis zu testen, bevor es in großen Stückzahlen spritzgegossen wird. Dass die gedruckten Teile aber längst über das Stadium von reinen Prototypen-Anwendungen hinaus sind, zeigen ausführliche Testreihen im 2.750 m2 großen Testlabor. Dort traten Tribo-Filamente aus dem Iglidur-Werkstoff J260 gegen herkömmliche 3D-Druck-Filamente (ABS) sowie Spritzgussteile aus dem gleichen Iglidur-Werkstoff an.

Intensiv wurden über mehrere Monate lineare und rotierende Testläufe sowohl auf Wellen aus gehärtetem, geschliffenen Stahl sowie Edelstahl im hauseigenen Testlabor gefahren und ausgewertet. Das Ergebnis überraschte. Es zeigte sich, dass die Verschleißfestigkeit der aus dem Tribo-Filament gedruckten Gleitlager im rotierenden wie auch linearen Versuch vergleichbar mit den klassischen Spritzgusskomponenten war, und das sogar auf beiden Wellen. Damit stehen die gedruckten Komponenten den gespritzten Komponenten in puncto Verschleißfestigkeit kaum nach.

Zugleich wurde in den Tests erneut deutlich, dass die Reibwerte des Tribo-Filamentes gerade im Vergleich zu herkömmlichen 3D-Druck-Materialien besonders niedrig sind. So kam es bei dem Versuchsaufbau ABS gegen Tribo-Filament im rotierenden Test auf der Edelstahlwelle sogar zum Totalausfall des ABS-Teils, während die Reibverluste beim Tribo-Filament immer noch niedrig waren. Mit diesen realen Versuchen konnten die Tester demonstrieren, wie Motion Plastics ihre Stärken in der Bewegung ausspielen, auch im 3D-Druck. So ist es möglich, dass gedruckte Teile, wie Gleitlager oder Schneckenräder, direkt eingebaut und industriell genutzt werden können.

Mit dem 3D-Druckservice Bauteile einfach drucken lassen

Doch nicht alle Unternehmen verfügen über eigene 3D-Drucker. Bereits seit einem Jahr bietet der Motion-Plastics-Spezialist daher die Möglichkeit, benötigte Sonderteile aus den abriebfesten Werkstoffen zu drucken. Dies ist besonders für Prototypen und Kleinserien interessant, wo sich die Herstellung eines Spritzgusswerkzeuges nicht rechnet. Seit Februar ermöglicht ein neues Online-Tool einen deutlich vereinfachten Service zur Bestellung: Zunächst werden die Daten im STL-Format per Drag and Drop ins Browserfenster gezogen. Im nächsten Schritt können Anwender die gewünschten Abmessungen festlegen und anschließend das gewünschte Material auswählen. „Man sieht hier schon während des Bestellvorgangs den Stückpreis der Teile, der sich an dem Druckvolumen orientiert“, erklärt Tom Krause, zuständiger Produktmanager bei Igus.

Kunden können zwischen vier verschiedenen Tribo-Filamenten auswählen, die allesamt mindestens 50-mal abriebfester sind als Standard-Filamente für das FDM-Druckverfahren. In Versuchsreihen wurde außerdem bewiesen, dass die Verschleißfestigkeit von gedruckten Tribo-Teilen vergleichbar ist mit Spritzgussteilen oder aus Halbzeugen gefrästen Bauteilen. Im letzten Schritt kann die Auswahl bestätigt und alles dem Warenkorb hinzugefügt werden. Dorthin werden Anwender im Anschluss weitergeleitet, um entweder ein formales Angebot anzufordern oder die konfigurierte Ware direkt zu bestellen. Nach der Weiterleitung in den Warenkorb haben Benutzer des 3D-Druckservice die Möglichkeit, einzelnen Positionen ihrer Bestellung Kommentare hinzuzufügen. Hier können Besonderheiten, beispielsweise zur mechanischen Nachbearbeitung oder Ähnlichem, ergänzt werden. Die Dauer beträgt vom Auftragseingang bis zur Auslieferung der fertigen Produkte in der Regel zwei bis drei Werktage, je nach Umfang der Bestellung. Bei komplexen Bauteilen kann die Lieferzeit unter Umständen weitere zwei bis drei Tage betragen. 1609ct924

K 2016 Hallen 5 – B36 und 13 – D44

Website des Anbieters

CT-Kurzbericht „3D-Drucker für Silikone Aceo Imagine Series“

CT-Artikel „3D-Drucker beschleunigt Entwicklung neuer Seitenkanalpumpe“

3D Drucker Filament – Infos, Tipps und Empfehlungen

Heftausgabe: Oktober 2016

Über den Autor

Oliver Cyrus ist Leiter Presse und Werbung bei Igus
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