Im Rahmen des Forschungsvorhabens „ULAS-E-VAN“ („UltraLeichte AufbauStruktur eines Elektrischen VANs“) entwickeln neun Partner Leichtbaulösungen für die Karosseriestruktur und ein modulares Batterieträgersystem von batterie-elektrisch betriebenen leichten Nutzfahrzeugen (Nfz, Klasse N1 – Ford Transit – BEV). Das Forschungsprojekt koordiniert Ford mit einem Gesamtvolumen von 5,8 Millionen Euro, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Die Projektpartner sind Altair Engineering GmbH, BENTLER Automobiltechnik GmbH, C-TEC GmbH, Ford-Werke GmbH, Franken Guss GmbH + Co. KG, MORPHOTEC, RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Strukturmechanik und Leichtbau (SLA), RWTH Aachen University, Institut für Kraftfahrzeuge (ika), und voxeljet AG.

Wird ein leichtes Nutzfahrzeug mit einem E-Antrieb versehen, erhöht sich das Leergewicht durch das hohe Batteriegewicht und die mögliche Nutzlast schrumpft. Um dem entgegenzuwirken, ist es zwingend erforderlich, das Gewicht, speziell bei batteriebetriebenen Lieferfahrzeugen, durch Leichtbaumaßnahmen entscheidend zu reduzieren. Leichtbau ermöglicht die Reichweite zu erhöhen, aber auch bei unveränderter Reichweite die Batteriegröße, das Sekundärgewicht und somit die Batteriekosten zu reduzieren. Allerdings ist im angestrebten Sektor der E-Nutzfahrzeuge die Notwendigkeit eines kostengünstigen Leichtbaus aufgrund der hohen Kostensensibilität des potenziellen Kundenkreises und der relativ geringen Stückzahlen nochmals verschärft.

Hier setzt das Projekt an. Das Konsortium zielt darauf ab, Ultra-Leichtbaulösungen für die Karosserie- und Aufbaustruktur derartiger, batterie-elektrisch betriebener leichter Nutzfahrzeuge mit Hilfe moderner CAE-Methoden wie „Simulation-Driven-Design“ und innovativen Fertigungsmethoden zu entwickeln. Dabei finden neben einem speziellen 3D-Druckverfahren – dem 3D-Sand-Form-Drucken – für die Herstellung von Formen für den Eisengussprozess auch großflächige, strukturelle Kunststoffteile Anwendung.

Konstruktiv soll eine Aufbaustruktur in Spanten-Stringer-Bauweise ausgelegt und damit die im Flugzeugbau bewährte Bauweise in den leichten Nutzfahrzeugbau mit höheren Produktionszahlen pro Jahr übertragen werden. Die Spanten sollen dabei möglichst einteilig und bionisch-optimiert konstruiert werden. Die Außenhaut wird durch vorgefertigte Kunststoffpaneele gebildet, die mit der Tragstruktur lasttragend verbunden sind. Im Unterboden soll ein lasttragendes, ultra-leichtes, skalierbares und modulares Batterieträgersystem integriert werden, welches die Karosseriestruktur in Hinsicht auf Steifigkeit, Dauerfestigkeit und Crash funktionell unterstützt. Die eingesetzten Technologien sollen eine Gewichtseinsparung in der Größenordnung von bis zu 150 kg auf Gesamtfahrzeugebene erreichen und somit eine erhöhte Reichweite bzw. Zuladung ermöglichen.

Unternehmen fehlen häufig der Zugang zu prozessspezifischem Know-how, das Equipment sowie die interdisziplinären Fähigkeiten und Ressourcen, um eigene Materialforschung und Technologieoptimierung zu betreiben. Das HSS Material Network schließt diese Lücke. Es bietet Unternehmen eine flexible und risikoarme Outsourcing-Option, das für ihre additiv gefertigte Anwendung beste Material einschließlich der geeigneten Prozessparameter zu identifizieren. „Mit der gebündelten Kompetenz und Expertise in unserem Netzwerk können wir Unternehmen jeder Größe bei ihren Projekten im Bereich der additiven Fertigung optimal unterstützen, angefangen von der ersten Eignungsprüfung, über eine spezifische Entwicklung und Parametrisierung bis hin zur Zertifizierung oder marktreifen Qualifizierung des Materials“, sagt Tobias Grün, Produktmanager bei voxeljet.

Die Kooperation bildete sich aus dem Campus Additive.Innovationen (CA.I) der Universität Bayreuth heraus, an welchem auch das Fraunhofer‐Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA beteiligt ist. Der CA.I verfügt über mehr als 20 verschiedene additive Fertigungsanlagen, darunter eine VX200 HSS von voxeljet. „Alle Forschungsanlagen im CA.I verfügen über offene Soft- und Hardware-Schnittstellen und ermöglichen eine individuelle Einstellung aller Prozessparameter, eine freie Programmierung der Prozessschritte sowie hohe Skalierbarkeit. Solche Anlagen eignen sich ideal um Fertigungsprozess und Material aufeinander abzustimmen“, so Jan Kemnitzer, Gruppenleiter beim Fraunhofer IPA. Durch die Zusammenarbeit und den offenen Austausch der Netzwerkpartner ist das HSS Material Network in der Lage, die Entwicklung neuer Materialien effektiv zu beschleunigen. Unternehmen erhalten eine anwendungsorientierte Lösung, die speziell auf ihre Bedürfnisse abgestimmt ist, und schnell erste Ergebnisse für eine potentielle Qualifizierung liefert. Weitere Pluspunkte sind die hohe Flexibilität in der Pulverauswahl und Optionen zur Skalierung für Produktionseinsätze verarbeitbarer Materialien.

Nach intensiver Forschungsarbeit konnte das Netzwerk nun zwei bedeutende „Proof of Concepts“ für die beiden Werkstoffe HDPE und iglidur® i3 PL erzielen. Das „Proof of Concept“ für HDPE erfolgte aus dem HDPE-Pulver DiaPow HDPE HX 11, das die Diamond Plastics GmbH für das Lasersintern entwickelt hat. HDPE ist ein Polyethylen mit hoher Dichte, wasserabweisender Wirkung und sehr guter Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Fetten. Anwendung findet es beispielsweise in der Herstellung von Produkten für die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie. Die von der Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth durchgeführte Prozessfähigkeitsanalyse und erste Parametrisierung weist dem HDPE-Pulver eine sehr gute Verarbeitbarkeit im HSS nach. Die Verarbeitung von HDPE via HSS bietet gegenüber anderen additiven Fertigungsverfahren, wie etwa laserbasierten Prozesstechnologien, einige Vorteile, darunter geringere thermische Belastungen des Materials und Erhalt der bewährten mechanischen Eigenschaften von HDPE. Außerdem ist HDPE ein weitverbreiteter Massenkunststoff, der in der Herstellung wesentlich günstiger ist als PA12 oder PA11. Schließich sorgt die Herstellung von HDPE in Europa für sichere Lieferketten und -zeiten.

Das zweite erfolgreiche „Proof of Concept“ betrifft das Material iglidur® i3. Die igus® GmbH hat das Kunststoffpulver speziell für die Fertigung von Gleitanwendungen und Zahnrädern via den additiven Fertigungsverfahren des Powder Bed Fusion of Polymer (PBF-P), beispielsweise dem Lasersintern (LS), entwickelt. Die Besonderheit von iglidur® i3 PL ist die Additivierung des Pulvers mit Festschmierstoffen. Die daraus gefertigten Bauteile weisen eine sehr hohe Abriebfestigkeit und eine bis zu 30-fach höhere Verschleißfestigkeit als Bauteile aus anderen marktüblichen Kunststoffpulvern auf. Die von der Fraunhofer-Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth im Rahmen des „Proof of Concept“ im HSS gefertigten Gleitlager und Zahnräder weisen sehr gute tribologische und mechanische Eigenschaften auf, die eine weitere Optimierung des Polymerpulvers spezifisch für den HSS-Prozess sowie eine Vollqualifizierung durchaus interessant machen. Zudem besitzt HSS dank seiner Open-Source Konzeption die Möglichkeit, Bauteileigenschaften prozessseitig gezielt einzustellen.

Um das Portfolio an geprüften Materialien für das HSS und damit einhergehend das Know-how stetig zu vergrößern, sind interessierte Unternehmen willkommen, sich dem Netzwerk anzuschließen.

TPU zählt neben dem Standard-Polymer PA12 zu den immer stärker nachgefragten Polymeren im 3D-Polymerdruck. Mit seinen dämpfenden Eigenschaften hat sich das thermoplastische Material seit Jahrzehnten bei der Herstellung von Schuhsohlen bewährt, es bietet Aufprallschutz und kommt branchenübergreifend immer mehr zur Anwendung: im kunststoffverarbeitenden Gewerbe, in der Automobil- und Konsumgüterindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie im Engineering-Bereich.

Bei der Herstellung von Polymerbauteilen macht sich voxeljet die speziellen Materialgegebenheiten von TPU in Verbindung mit dem HSS-Verfahren zunutze: TPU kann sehr weich und elastisch oder aber sehr hart und ausdauernd sein. Diese Eigenschaften lassen sich mit Hilfe der HSS-Technologie gezielt in alle drei Dimensionen beeinflussen. Beim High Speed Sintering wird eine feine Schicht Polymerpulver auf eine beheizte Bauplattform aufgetragen und die Bereiche des Bauteils anschließend mit einer wärmeabsorbierenden Tinte benetzt. Mittels Infrarotlicht verschmelzen die bedruckten Bereiche des Kunststoffpulvers, unbedrucktes Material verbleibt lose. Schicht um Schicht wird das Polymer aufgetragen, bedruckt und belichtet, bis der Aufbau des Bauteiles abgeschlossen ist. Wie weich oder fest das Bauteil ist, hängt vom eingebrachten Volumen der infrarotabsorbierenden Tinte ab. Je stärker ein Baufeldbereich eingefärbt wird, desto fester ist das Bauteil. Durch den Einsatz industrieller Tintenstrahldruckköpfe lassen sich entsprechend verschiedene Graustufen innerhalb einer Schicht drucken und somit unterschiedliche Produkteigenschaften je Schicht realisieren. Neben diesem Graustufendruck ist die Festigkeit eines Bauteils auch über die Geometrie beeinflussbar. Über Gitterstrukturen mit unterschiedlichen Wandstärken werden Geometrien gedruckt, die sich an individuelle Belastungsprofile anpassen lassen, um zusätzliches Material einzusparen.

„Durch das HSS-Verfahren in Verbindung mit dem TPU-Material können wir ein an sich hartes, hochbelastbares Bauteil mit weichen Eigenschaften versehen. Das eröffnet völlig neue und sehr individuelle Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks für Kunststoffbauteile“, sagt Tobias Grün, Produktmanager voxeljet AG. Mit dem HSS-Druckprozess hergestellte TPU-Bauteile verfügen über eine langfristige Dauerelastizität und hervorragende Rückpralleigenschaften. Tests haben gezeigt, dass dieses Verfahren im Vergleich zum Selektiven Lasersintern (SLS) mit TPUs anderer Hersteller als Covestro bessere Werte bei der Dauerelastizität erreicht. Der erfolgreich durchlaufene Cytotox-Test bestätigt zudem, dass es bei Hautkontakt mit dem Material zu keinen Schädigungen von Zellen und Gewebe kommt. Außerdem treten keine Verfärbungen der Bauteile auf. „Mit dem HSS-Verfahren können wir individualisierte Polymerteile On-Demand in hoher Qualität und Geschwindigkeit vergleichsweise kostengünstig anfertigen. High Speed Sintering ist durch die Verwendung von großformatigen Druckköpfen eine wirtschaftliche, effiziente und ressourcenschonende Lösung. Das Verfahren bietet enormes Potential für zukunftsweisende Produkte“, so Tobias Grün.

Das für das HSS-Verfahren qualifizierte TPU hat voxeljet gemeinsam mit dem Materialhersteller Covestro auf den Weg gebracht. „Durch die enge Zusammenarbeit von Material- und Maschinenhersteller konnten wir unser gemeinsames Know-how bündeln, die Bauteilqualität und den 3D-Druckprozess aufeinander abstimmen und optimieren“, erklärt Tobias Grün. Mit der Zusammenarbeit wollen die beiden Unternehmen integrierte Material- und Prozesslösungen für die wirtschaftliche additive Großserienfertigung von Polymerbauteilen entwickeln.

Diese Pressemitteilung enthält zukunftsgerichtete Aussagen über unser Geschäft, unseren Betrieb und unsere finanzielle Leistung. Alle Aussagen, die sich nicht auf historische Fakten beziehen, können als zukunftsgerichtete Aussagen betrachtet werden. Sie können diese zukunftsgerichteten Aussagen an Worten wie „glaubt“, „schätzt“, „geht davon aus“, „erwartet“, „projiziert“, „plant“, „beabsichtigt“, „kann“, „könnte“, „könnte“, „wird“, „sollte“, „zielt“ oder anderen ähnlichen Ausdrücken erkennen, die die Unsicherheit zukünftiger Ereignisse oder Ergebnisse zum Ausdruck bringen. Zukunftsgerichtete Aussagen beinhalten Aussagen über unsere Absichten, Überzeugungen, Annahmen, Prognosen, Aussichten, Analysen oder aktuellen Erwartungen, unter anderem in Bezug auf den geplanten Zeitplan und den erfolgreichen Abschluss der Sale-Leaseback-Transaktion, unsere Betriebsergebnisse, unsere Finanzlage und Geschäftsaussichten, die Branche, in der wir tätig sind, und die Trends, die sich auf die Branche oder uns auswirken könnten. Obwohl wir davon ausgehen, dass wir über eine angemessene Grundlage für jede in dieser Pressemitteilung enthaltene zukunftsgerichtete Aussage verfügen, weisen wir Sie darauf hin, dass zukunftsgerichtete Aussagen keine Garantie für zukünftige Leistungen sind. Alle unsere zukunftsgerichteten Aussagen unterliegen bekannten und unbekannten Risiken, Ungewissheiten und anderen Faktoren, die sich in einigen Fällen unserer Kontrolle entziehen und dazu führen können, dass unsere tatsächlichen Ergebnisse erheblich von unseren Erwartungen abweichen, einschließlich der Risiken, die unter der Überschrift „Risk Factors“ im Jahresbericht des Unternehmens auf Formular 20-F und in anderen Berichten, die das Unternehmen bei der U.S. Securities and Exchange Commission einreicht, aufgeführt sind. Sofern nicht gesetzlich vorgeschrieben, ist das Unternehmen nicht verpflichtet, zukunftsgerichtete Aussagen aus irgendeinem Grund nach dem Datum dieser Pressemitteilung zu aktualisieren, sei es aufgrund neuer Informationen, zukünftiger Ereignisse oder aus anderen Gründen.

Die Sale-Leaseback-Transaktion für die 135.380 Quadratmeter große Anlage des Unternehmens in Friedberg, Deutschland, wurde mit einem institutionellen, nicht verbundenen Immobilieninvestor abgeschlossen und steht unter dem Vorbehalt der behördlichen Genehmigungen in der Bundesrepublik Deutschland. Das Leaseback-Geschäft sieht eine fünfzehnjährige Mietverpflichtung mit zwei aufeinanderfolgenden fünfjährigen Verlängerungsoptionen vor.

Der Standort Friedberg ist der Hauptsitz von voxeljet und gleichzeitig das Kompetenzzentrum für Forschung, Entwicklung und Produktion der 3D-Drucksysteme des Unternehmens.

Diese Pressemitteilung enthält zukunftsgerichtete Aussagen über unser Geschäft, unseren Betrieb und unsere finanzielle Leistung. Alle Aussagen, die sich nicht auf historische Fakten beziehen, können als zukunftsgerichtete Aussagen betrachtet werden. Sie können diese zukunftsgerichteten Aussagen an Worten wie „glaubt“, „schätzt“, „geht davon aus“, „erwartet“, „projiziert“, „plant“, „beabsichtigt“, „kann“, „könnte“, „könnte“, „wird“, „sollte“, „zielt“ oder anderen ähnlichen Ausdrücken erkennen, die die Unsicherheit zukünftiger Ereignisse oder Ergebnisse zum Ausdruck bringen. Zukunftsgerichtete Aussagen beinhalten Aussagen über unsere Absichten, Überzeugungen, Annahmen, Prognosen, Aussichten, Analysen oder aktuellen Erwartungen, unter anderem in Bezug auf den geplanten Zeitplan und den erfolgreichen Abschluss der Sale-Leaseback-Transaktion, unsere Betriebsergebnisse, unsere Finanzlage und Geschäftsaussichten, die Branche, in der wir tätig sind, und die Trends, die sich auf die Branche oder uns auswirken könnten. Obwohl wir davon ausgehen, dass wir über eine angemessene Grundlage für jede in dieser Pressemitteilung enthaltene zukunftsgerichtete Aussage verfügen, weisen wir Sie darauf hin, dass zukunftsgerichtete Aussagen keine Garantie für zukünftige Leistungen sind. Alle unsere zukunftsgerichteten Aussagen unterliegen bekannten und unbekannten Risiken, Ungewissheiten und anderen Faktoren, die sich in einigen Fällen unserer Kontrolle entziehen und dazu führen können, dass unsere tatsächlichen Ergebnisse erheblich von unseren Erwartungen abweichen, einschließlich der Risiken, die unter der Überschrift „Risk Factors“ im Jahresbericht des Unternehmens auf Formular 20-F und in anderen Berichten, die das Unternehmen bei der U.S. Securities and Exchange Commission einreicht, aufgeführt sind. Sofern nicht gesetzlich vorgeschrieben, ist das Unternehmen nicht verpflichtet, zukunftsgerichtete Aussagen aus irgendeinem Grund nach dem Datum dieser Pressemitteilung zu aktualisieren, sei es aufgrund neuer Informationen, zukünftiger Ereignisse oder aus anderen Gründen.

Das Verfahren ist die perfekte Kombination zweier etablierter Produktionsverfahren. Ein walzgeschweißtes Blech (englisch: Roll Bond Core, kurz RoBoC) wird ein- oder beidseitig mit ca. 100 bar Druckluft aufgeblasen, sodass Kühlkanäle in der gewohnten Dimensionierung entstehen. Dieser Kern wird in ein Kokillenguss-Werkzeug gelegt und mit Aluminium umgossen. Während des Gießvorgangs wird von innen durch die bereits bestehenden Kanäle temperiert, sodass eine Deformation oder Aufschmelzung unterbunden wird. Das Ergebnis ist ein ins Gehäuse integriertes Metallblech mit denen für die Kühlung der E-Maschine benötigten Strukturen.

Das Kühlkanallayout kann in einer Helixform dargestellt werden. Somit ist der heißeste Kanalabschnitt zwischen dem kältesten und zweitkältesten Kanalbereich eingebettet. Im Ergebnis liegt eine homogene Temperaturverteilung ohne Hot-Spot im Motorbetrieb vor. Dieses Design ist im klassischen 2-Schalendesign (z.B. im Druckguss) nicht darstellbar, da es aufgrund von Überströmungen von einem zum anderen Kanalbereich einen thermischen Kurzschluss geben würde. Je nach Kundenwunsch sind aber auch mäanderförmig oder flächige Kanallayouts realisierbar. Die Abdichtung gegenüber Kühlwasseraustritt wird mittels des in sich geschlossenem Roll Bond Cores gewährleistet und ist somit nicht mehr abhängig von der Gussqualität. Eine teure Helium Lecktestprüfung am Fertigbauteil, mit ggf. sehr hohem Verlust an Wertschöpfung, ist nicht mehr erforderlich. Eine Montage, wie bei dem 2-Schalendesign erforderlich, entfällt vollständig.

AionaCast hat mittels „Proof of Concept“ den Machbarkeitsnachweis erbracht. Dabei wurde noch wenig Augenmerk auf die Querschnitte für das Kühlmedium und die Gewichtsreduzierung gelegt. Jetzt arbeitet das Team an der Generation 2. Hier steht das eingelegte und aufgeblasene Blech im direkten Kontakt mit dem Stator, welches die Effizienz abermals erhöht und das Gewicht senkt.

• Das Helix Design und der geringere Abstand zwischen Stator und Kühlmedium führt zu einer höheren thermischen Effizienz.
• Die Dichtigkeit des Kühlwasserkanals ist unabhängig von der Gießqualität. Konzeptbedingt entfallen Dichtungen komplett und aufgrund des nicht vorhandenen Kernsands gibt es keine Restschmutzproblematik. Dies macht diese Innovation betriebssicherer als konventionelle Systeme.
• Um hier nur einige Kostenvorteile aufzuzählen, wie der Entfall der Montage (2-Schalendesign), der fehlende Sandkern erübrigt ein Aufarbeiten und Verdeckeln der Kernmarken, mehrere Qualitätsprüfungen entfallen und der nicht zu vernachlässigende kürzere Gießzyklus macht die Erfindung wettbewerbsfähig.

Für die weitere Entwicklung (Prototypen) konnte der Patentinhaber AionaCast, der auch für das Projektmanagement verantwortlich ist, namhafte Partner für die Modifikation eines Bosch-Seriengehäuses gewinnen:

• Kupral S.p.A. (Italien) / Gießtechnologie
• voxeljet AG (Germany) / 3D-gedruckte Formen für Kernpaket
• LPM S.p.A. (Italien): Gießereiausrüstung
• Peter Prinzing GmbH (Deutschland): Roll-Bond-Biegen

In Anbetracht von ca. 75 Millionen zu produzierender Traktionselektromotoren ab 2030 sieht Jürgen Pohl die weitere Geschäftsentwicklung für dieses neue Herstellungsverfahren als überaus positiv an. Darüber hinaus biete das gleiche Herstellungskonzept mit geänderten Kühlkanallayout (z.B. mäanderförmige, flächige oder parallele Kanäle) auch Potenzial für die Produktion von Batterie- und Leistungselektronikgehäusen.

Die VX200 HSS von voxeljet ist als Open Source 3D-Drucksystem konzipiert und gewährt vollen Zugriff auf Prozessparamater und Temperaturmanagement, um den additiven Fertigungsprozess und das Material bestmöglich aufeinander abzustimmen. Das HSS Material Network bietet Kunden eine flexible und risikoarme Outsourcing-Option für die Materialentwicklung additiver Fertigungstechnologien. Die Ergänzung der Kompetenzen der Partner des HSS Material Networks ermöglicht Unternehmen jeder Größe eine einzigartige Unterstützung, angefangen von einer ersten Eignungsprüfung, über eine spezifische Entwicklung und Parametrisierung bis hin zu einer Zertifizierung oder marktreifen Qualifizierung des Materials. Hier stellen wir Ihnen unsere Partner, Projekte und Proof of Concepts vor.

Das Material iglidur® i3 ist ein von der igus® GmbH speziell für die Fertigung von Gleitanwendungen und Zahnrädern entwickeltes Kunststoffpulver für die additiven Verfahren des Powder Bed Fusion of Polymer (PBF-P), wie bspw. dem Lasersintern (LS). Es wird zur Herstellung von Bauteilen mit unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel als Sondergleiter im PKW, als Zahnrad im E-Bike und sogar als Gleiter in Aufzügen.

Die Besonderheit von iglidur® i3 PL ist die Additivierung des Pulvers mit Festschmierstoffen, wodurch die daraus gefertigten Bauteile eine Verschleißfestigkeit erreichen, die um Faktor 3 bis 30 besser ist als bei Bauteilen gefertigt aus sonst auf dem Markt befindlichen Kunststoffpulvern. Dazu wurde eine Vielzahl von verschiedenen Rezepturen im igus-Labor in Köln getestet und entwickelt. Zudem ist durch die Vielzahl der Versuche die Lebensdauer von iglidur® i3 Zahnrädern und Gleitlagern online berechenbar geworden. So können Kunden, die Eigenschaften der Bauteile vorab auf Ihre Leistungsfähigkeit und Lebensdauer überprüfen, um vor der finalen Produktion noch etwaige Designanpassungen vorzunehmen.

Das HSS hat aufgrund seiner Druckkopftechnologie das Potenzial, zu einer deutlich wirtschaftlicheren Fertigung als das LS. Zudem besitzt HSS dank seiner Open-Source Konzeption die Möglichkeit, Bauteileigenschaften prozessseitig gezielt einzustellen, uns bietet so bei vielen Anwendungen der aus iglidur® i3 gefertigten Bauteile ein großes Potenzial.

Neben der hohen Abriebfestigkeit zeichnet sich iglidur® i3 auch als sehr gutes Zahnradmaterial aus. In zahlreichen Versuchen konnte die gute Eignung als Zahnradmaterial von igus bewiesen und bestätigt werden. Vielfach besser als aus PA12 und PA11 im LS gefertigte Zahnräder und sogar um Faktor 5 besser als herkömmlich hergestellte Zahnräder aus POM.

Das Material iglidur® i3 ist bereits seit 2016 für das PBF-P verfügbar. Mittel LS wurden schon mehr als 400.000 Bauteile damit gefertigt. Die von der Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth im Rahmen des Proof of Concept im HSS gefertigten Gleitlager und Zahnräder weisen sehr gute mechanische Eigenschaften auf, die eine weitere Optimierung des Materials auf den HSS Prozess bis hin zu einer Vollqualifizierung durchaus interessant machen.

igus ist einer der anerkannten Experten, wenn es um Polymere für Gleitanwendungen geht. Der 3D-Druck ist für das Unternehmen keine Neuheit. So wurde das Material iglidur® i3 PL 2016 bereits für Lasersinterverfahren qualifiziert und bis dato über 400.000 Bauteile damit gefertigt. Mittels HSS kann das Material noch wirtschaftlicher verarbeitet werden. Grund dafür ist die hohe Produktivität und Reproduzierbarkeit des HSS-Verfahrens.

Die VX200 HSS von voxeljet ist als Open Source 3D-Drucksystem konzipiert und gewährt vollen Zugriff auf Prozessparamater und Temperaturmanagement, um den additiven Fertigungsprozess und das Material bestmöglich aufeinander abzustimmen. Das HSS Material Network bietet Kunden eine flexible und risikoarme Outsourcing-Option für die Materialentwicklung additiver Fertigungstechnologien. Die Ergänzung der Kompetenzen der Partner des HSS Material Networks ermöglicht Unternehmen jeder Größe eine einzigartige Unterstützung, angefangen von einer ersten Eignungsprüfung, über eine spezifische Entwicklung und Parametrisierung bis hin zu einer Zertifizierung oder marktreifen Qualifizierung des Materials. Hier stellen wir Ihnen unsere Partner, Projekte und Proof of Concepts vor.

HDPE ist ein Polyethylen mit hoher Dichte (0,94-0,97 g/cm³) und zeichnet sich besonders durch eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Fetten sowie seiner wasserabweisenden Wirkung aus. Bei Raumtemperatur besticht HDPE durch eine harte, aber dennoch flexible Erscheinungsform und besitzt neben seinen sehr guten mechanischen Eigenschaften ein gutes Gleitverhalten sowie eine erhöhte Verschleißfestigkeit.

Anwendung findet HDPE daher unter anderem für die Herstellung von Produkten für die Lebensmittel- und Verpackungsmittelindustrie, vor allem für die chemische Industrie. So werden aus HDPE standardmäßig Behälter, Flaschen und Leitungen für Chemikalien, Brennstoffe, Wasser, Gas oder Öl hergestellt.

Das Prozessfenster von HDPE ist bei der Verarbeitung im Lasersintern sehr klein und des Weiteren ist eine hohe Laserleistung notwendig, um die Pulverpartikel aufzuschmelzen. Durch die punktuelle bzw. linienweise Belichtung mittels Laser werden die mechanischen Eigenschaften des HDPE aufgrund der hohen thermischen Belastung negativ beeinflusst. Es kommt zu einer Versprödung des Materials.

Beim HSS hingegen wird die Energie mittels einer Infrarotlampe unter Zuhilfenahme einer Tinte, die über einen Druckkopf auf die Pulverbettoberfläche selektiv aufgetragen wird, flächig und nicht punktuell eingetragen. Die flächige Belichtung gewährleistet, dass die Dauer des Energieeintrages im Vergleich zu laserbasierten Fertigungsanlagen signifikant größer ist. Dadurch sind deutlich geringere Maximaltemperaturen realisierbar, wodurch thermische Belastungen am Material reduziert werden und die bewährten mechanischen Eigenschaften von HDPE erhalten bleiben.

Im Gegensatz zu PA12 handelt es sich bei HDPE um einen reinen Kohlenwasserstoff. Dadurch ist HDPE unpolar, wirkt wasserabweisend und besitzt eine hohe Chemikalienbeständigkeit. Bei Raumtemperatur wird HDPE von vielen Lösungsmitteln, Laugen und Säuren daher nicht angegriffen. Ähnlich wie bei PA12 oder PP können bis zu 100% des unverdruckten Pulvers wiederverwendet werden.

Im Hinblick auf PP aber auch auf PA12 bietet HDPE einen wesentlichen Preisvorteil, da es sich bei HDPE um einen weitverbreiteten Massenkunststoff handelt, welcher in der Herstellung wesentlich günstiger ist als PA12 oder PA11. Darüber hinaus wird HDPE in Europa hergestellt, was Lieferketten und -zeiten sichert.

Der Proof of Concept wurde aus dem von der Diamond Plastics GmbH für das Lasersintern entwickelte HDPE-Pulver DiaPow HDPE HX gefertigt, welches sich durch eine sehr gleichmäßige Korngrößenverteilung und eine sehr gute Rieselfähigkeit auszeichnet. Die von der Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth durchgeführte Prozessfähigkeitsanalyse und erste Parametrisierung weist dem HDPE-Pulver eine sehr gute Verarbeitbarkeit im HSS nach. Daher wird das HDPE-Pulver von den Partnern spezifisch für den HSS Prozess optimiert und vollständig parametrisiert. Der Fokus wird dabei auf Reproduzierbarkeit, Bauteilqualität und Produktivität im Sinne einer geringeren Schichtzeit gelegt. Abschließend wird das angepasste HDPE-Pulver dem Markt kommerziell zur Verfügung gestellt.

Besonders bemerkenswert: Bei der Verarbeitung mittels HSS konnte eine besonders hohe Flexibilität erzielt werden. Diese Art von Flexibilität lässt sich bspw. im Lasersintern nur schwer realisieren. Grund dafür ist die punktuelle thermische Belastung des Materials. Diese beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Materials negativ. Beim HSS hingegen wird das Pulverbett großflächig belichtet, wodurch sich die Dauer des Engerieeintrages erhöht und thermische Belastungen verringert werden. So bleibt die Flexibilität des HDPE erhalten.