28.03.2022 – Kategorie: Fertigung & Prototyping

Pulverbettverfahren: Perfekt für die Kunststoffkleinserie

PulverbettverfahrenQuelle: Stratasys

Bisher waren kleine Kunststoff-Aufträge schwierig umzusetzen. Götz Maschinenbau suchte eine Lösung und fand sie in einem additiven Pulverbettverfahren.

Pulverbettverfahren in der Praxis: Das deutsche Fertigungsunternehmen Götz Maschinenbau nutzt eine Reihe von Produktionsmethoden, vom Schweißen, Gießen, Fräsen bis hin zum Drehen. Traditionelle Fertigungsmethoden wie der Spritzguss führten jedoch zu langen Vorlaufzeiten mit hohen Kosten. Sie erwiesen sich für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen als unrentabel.

Mit einem kürzlich erworbenen 3D-Drucker ist Götz nun in der Lage, Bestellungen von mehreren tausend Teilen mit kurzen Durchlaufzeiten zu erfüllen und gleichzeitig die Stückkosten zu senken.

Der 3D-Druck entwickelt sich im Unternehmen

Die Kunden kommen oft aus der Medizintechnik und der traditionellen Fertigung. Bei der Umsetzung der Aufträge konzentriert sich Götz auf spezielle Bearbeitungen durch CNC-Fräsen und -Drehen.

Mit seinem Maschinenpark fertigt Götz sowohl Prototypen und kundenspezifische Teile als auch kleine und mittelgroße Serien. Traditionelle Fertigungsmethoden wie Drehen, Schweißen, Gießen und Fräsen sind seit Jahren bei Götz etabliert. Aber mittlerweile spielt auch der 3D-Druck bei Design und Fertigung eine zentrale Rolle.

Für realitätsgetreue Prototypen und Konzeptmodelle setzt das Team den PolyJet-3D-Druck ein, während die FDM-Technologie für funktionalere Prototypen, Werkzeuge und Maschinengehäuse verwendet wird. Dabei nutzt das Unternehmen Systeme vom Hersteller Stratasys.

Wenn es darum geht, Stückzahlen von bis zu mehreren Tausend Teilen zu produzieren, war Götz jedoch bisher auf traditionelle Fertigungsmethoden wie den Spritzguss angewiesen. Die Qualität der Teile ist zwar bestens, aber die Herstellung der Formen extrem kostspielig und zeitintensiv. Firmeninhaber Philipp Götz kommentiert: „Damit sich eine solche Investition rechnet, müssen wir eine Großserie von mindestens 50.000 Teilen produzieren.”

Pulverbettverfahren als Lösung

Daher suchte das Unternehmen nach einer Technologie, die eine kleine bis mittlere Serienproduktion zu einem wettbewerbsfähigen Stückpreis ermöglicht – und das bei kurzen Durchlaufzeiten. Götz wollte damit bestehende Kundenanforderungen effizienter erfüllen und gleichzeitig das Serviceangebot zur Sicherung des Neugeschäfts erweitern.

Zunächst hat Philipp Götz mehrere Sintertechnologien getestet, war aber wegen der ständigen Gefahr von Verformungen und Inkonsistenzen bei Produktionsteilen nicht überzeugt. Schließlich erwarb er den 3D-Drucker H350 von Stratasys, der Teil der Produktionsplattform H-Serie ist und damit ein pulverbettbasierter 3D-Drucker.

Genau gesagt nutzt er Selective Absorption Fusion (SAF). Dieses Verfahren ermöglicht die Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Prozesskontrolle, die für eine unterbrechungsfreie Produktion und wettbewerbsfähige Stückkosten nötig ist. Die Technologie verwendet ein infrarotempfindliches HAF (High Absorbing Fluid), um Partikel aus Polymerpulver schichtweise miteinander zu verschmelzen umso Teile aufzubauen.

Mit einem speziellen Pulvermanagement für die Pulververteilung und piezo-elektrischen Druckköpfen wird die Flüssigkeit in vordefinierte Bereiche gespritzt, um jede Schicht des Teils zu erzeugen. Die Infrarotbestrahlung sorgt dann dafür, dass die HAF-Bereiche schmelzen und sich verbinden.

Serienproduktion mit kurzen Durchlaufzeiten

Laut Philipp Götz kann das Unternehmen mit seinen neuen Möglichkeiten wichtige Herausforderungen in der Fertigung überwinden: „Der neue 3D-Drucker ist für uns die geeignete Lösung, um kostengünstig und mit kurzen Vorlaufzeiten in Serie zu fertigen. Das bedeutet vor allem, dass wir in der Lage sind, innerhalb von 24 Stunden den gesamten Auftrag zu fertigen, was unglaublich ist. Über mehrere Wochen hinweg können wir den Durchsatz per 3D-Druck ganz einfach auf Zehntausende von Teilen erhöhen. Das sind Zahlen, die wir mit Spritzguss in so kurzer Zeit niemals realisieren könnten – und schon gar nicht zu diesen Kosten.“

Qualität im Pulverbettverfahren

Die SAF-Technologie gewährleistet ein hohes Maß an Genauigkeit und Qualität. Die gegenläufige Walze des 3D-Druckers trägt Pulverschichten auf dem Druckbett auf und druckt Absorberflüssigkeit, um die Teileschichten abzubilden. Ein über die gesamte Fläche des Druckbetts geführter IR-Strahler verschmilzt die abgebildeten Schichten und sorgt für einheitliche thermische Bedingungen, um die Konsistenz für alle Teile auf der Bauplattform zu gewährleisten. „Ob wir 5, 50 oder 500 Teile drucken, wir können unseren Kunden versichern, dass die Qualität auf der gesamten Bauplattform konstant ist”, erklärt Philipp Götz dazu.

Für Götz ist der neue 3D-Drucker von zentraler Bedeutung für die Fähigkeit des Unternehmens, den Kunden Qualität und Wiederholbarkeit bei der Produktion von Teilen zu garantieren: „Sintertechnologien haben mir nie zugesagt, einfach wegen der Gefahr der Verformung und weil die Teile möglicherweise keine einheitliche Qualität besitzen.”

Er ergänzt: „Mit dem 3D-Drucker entfällt dieses Risiko, da seine Technologie die Wiederholbarkeit der Teile gewährleistet. Wir können den Drucker daher nicht nur für einfache Produktionsteile, sondern auch für sehr komplexe Geometrien einsetzen – ohne Kompromisse bei der Teilequalität.”

Neue Möglichkeiten

Bereits kurze Zeit nach Installation der Fertigungsanlage, haben sich für Götz Maschinenbau deutliche Vorteile bei der Einzel- und Serienfertigung von Teilen mittels Pulverbettverfahren ergeben. Durch die weitere Integration der Technologie in die Fertigung ist das Unternehmen davon überzeugt, neue Geschäftsfelder bedienen zu können: „Speziell für Endverbraucherteile werden wir unser Serviceangebot erweitern können, um ein breiteres Spektrum an Serienanwendungen abzudecken. Dies wird ein großer Vorteil für bestehende Kunden sein und darüber hinaus unsere Fähigkeit verbessern, Kunden in neuen Märkten anzusprechen“, schließt Götz.

Der Autor Christoph Lindner ist Senior Sales Manager EMEA Production bei Stratasys.

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