3D-Druckverfahren für große Bauteile: Eine Frage der Düse

Das Herstellen funktionaler Prototypen aus Kunststoff kann richtig ins Geld gehen: 3D-Druckverfahren sind daher gefragt – der 3D-Druck für größere Bauteile aber häufig noch zu langsam.

Eine Lösung hat das junge Unternehmen Q.big 3D GmbH parat: Der Großraum-Kunststoffdrucker des Start-ups arbeitet mit unterschiedlichen Durchsätzen und dadurch besonders wirtschaftlich, da er den Durchsatz und damit die „Druckauflösung“ an die Bauteilgeometrie anpasst. Und er verarbeitet günstiges Standardgranulat statt Filament: von Polylactiden (PLA) bis zu Hochleistungspolymeren mit Faserverstärkung.

Wirtschaftliches 3D-Druckverfahren

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem ThinKing im November 2019. Mit diesem Label gibt die Leichtbau BW GmbH monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.

Auf einen Blick:

• Wirtschaftliche und effiziente Produktion großvolumiger Bauteile mit 3D-Druck
• Materialkosten um den Faktor 10 bis 100 niedriger
• Extruder mit variabler Düse für Fein- und Fettdruck
• Materialauftrag, Durchsatz und Geschwindigkeit nach Geometrieanforderung
• zeitaufwändige Nachbearbeitung der Oberflächen kann entfallen

Hoher Durchsatz und großer Bauraum

„Wir können richtig fett drucken“, sat Katja Schlichting, Co-Founder von Q.big 3D, und zeigt auf die Düse des Großraumdruckers, dessen Bauraum in der Tat für einen Kunststoffdrucker beeindruckt: 1’000 x 500 x 350 mm misst er. Die nächste Größe mit 1’500 x 1’000 x 1’000 mm ist bereits in Arbeit. 5 kg/h schafft der Drucker aktuell.

Spannend am Druckverfahren des jungen Unternehmens Q.big 3D GmbH sind jedoch nicht nur der hohe Durchsatz und die schiere Größe des Bauraums. „Letztendlich ist alles eine Frage der Düse“, erklärt Katja Schlichting. „Im Inneren des Bauteils, wo viel Masse ist, drucken wir mit hohem Durchsatz. Für feine Strukturen oder an der Oberfläche verengen wir die Düse und verlangsamen den Druck. Damit entstehen detaillierte Geometrien oder eine deutlich glattere Oberfläche. Die Schichthöhen liegen hier nur noch zwischen 0,3 und 1,5 mm.“

Neuartiges 3D-Druckverfahren ermöglicht variablen Düsendurchmesser

Das Druckverfahren ermöglicht es, den Düsendurchmesser während des Drucks zu variieren, so dass Auflösung und Durchsatz an die geforderte Geometrie angepasst werden können. Das VFGF-Druckverfahren ist zum Patent angemeldet. Die Variabilität hat verschiedene Vorteile: Zum einen können großvolumige Bauteile schneller – und mit verbesserter Stabilität – gedruckt werden. Zum anderen können beim „Feindrucken“ komplexere Geometrien, wie zum Beispiel Überhänge, oder feinstrukturierte Oberflächen angefertigt werden. „Diese bedarfsorientierte Kombination von Auflösung und Geschwindigkeit ist einzigartig“, sagt Schlichting.

Der so beschleunigte Druck zahlt sich bei großvolumigen Bauteilen für den Anwender direkt aus: Mit dem VFGF-Verfahren kann ein sieben Kilogramm schweres Bauteil mit einer Oberflächenauflösung von lediglich 0,5 Millimetern in nur 15 Stunden hergestellt werden. „Ein Filament-3D-Drucker benötigt bei gleicher Oberflächenauflösung etwa zehn Mal so lange“, erzählt Michael Heel, CTO des Unternehmens.

Kosten für Prototypen mit dem neuen 3D-Druckverfahren niedriger

Hinzu kommt, dass Extruder und Düse Standardgranulat verarbeiten können und so die Materialkosten für die Prototypen um den Faktor 10 bis 100 niedriger sind, als beim Filament-Druck. Kunststoffgranulat kostet zwischen 2,5 €/kg für Kunststoffe wie PLA (als Filament ca. 20 €/kg) und 15 €/kg für technische Polymere wie PA6-CF30.

„Unser Druckverfahren erhöht die Druckgeschwindigkeit und senkt die Kosten für den Prototypen, so dass Unternehmen auch bei großvolumigen Bauteilen vom 3D-Druck profitieren können“, sagt Dennis Herrmann, CEO bei Q.big 3D. Derzeit fokussiert sich das Team des Start-ups neben der Weiterentwicklung des Druckers auf den Verkauf von 3d-gedruckten Bauteilen.

Bild oben: Die Q.big 3D GmbH druckt beispielsweise diesen Prototypen eines Frontspoilers sehr effizient innerhalb von nur 20 Stunden.

Weitere Informationen: www.qbig3d.de

Live an der Formnext: Halle 12.0 D95

Q.Big 3D ist einer der Aussteller am Gemeinschaftsstand „Leichtbau aus Baden-Württemberg“ in Halle 12.0 D95 bei der formnext. Mehr unter: https://www.leichtbau-bw.de/start.html

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