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Technik

3D-Extrusions-Drucker ideal für große Kunststoffteile

Q-Big 3D kann mit dem 3D-Extrusions-Drucker Queen 1 XXXL-Bauteile mit hoher Maßhaltigkeit kostengünstig aus Granulat herstellen

Dieses Foto mit Q-Big 3D Gründerin und Geschäftsführerin Katja Hermann und einem Bauteil für einen Versuchsstand für ein Wasserkraftwerk zeigt: Große, belastbare und wasserdichte Bauteile sind für den 3D-Extrusions-Drucker Queen 1 kein Problem.

Mit dem 3D-Extrusions-Drucker Queen 1 zeigt das Start-up Q-Big 3D aus Aalen auf der Formnext 2023 eine interessante Möglichkeit, großvolumige Bauteile in hoher Qualität ohne Werkzeuge herzustellen. Die werkzeuglose Fertigung eröffnet Anwendern nicht nur zeitnahe Time-to-Market-Strategien. Der Entfall der Werkzeugkosten und neue Strategien der Bauteil-Geometrie in der Konstruktion sorgt zudem für eine extrem kurze Amortisation der Anlagentechnik. Kostensparend wirkt sich zudem der 3D-Druck mit Standard-Granulaten – also ohne Filamente – aus.

Der 3D-Extrusions-Drucker Queen 1 druckt übergroße Polymer-Bauteile für den  Anlagen- und Maschinenbau, bei Automotive für Nutzfahrzeuge und Landmaschinen bis hin zu ergonomischen und medizintechnischen Produkten. Der spezielle 3D-Extrusions-Druckkopf von Q-Big mit variablen Düsendurchmessern ermöglicht es, einerseits feine Oberflächen zu drucken und andererseits bis zu 40-mal schneller zu sein als der 3D-Druck mit Filamenten.

Basis dieser Anlagentechnik ist das VFGF-Verfahren (Variable Fused Granular Fabrication) der Additiven Fertigung. Wie Q-Big erklärt, schlagen sich insbesondere bei kleinen und mittleren Serien von großvolumigen Bauteile die Werrkzeugkosten überproportional in den Stückkosten nieder. Daher ergeben sich im konventionellen Spitzgießen Grenzen der Wirtschaftlichkeit.

Dennis Herrmann, CTO und Gründer von Q-Big 3D: „Durch einen 3D-Druck im XXXL-Format bei hohen Aufbaugeschwindigkeiten und dem Einsatz von handelsüblichem Kunststoffgranulat ergeben sich neue Horizonte in puncto Wirtschaftlichkeit, Wertschöpfung und Nachhaltigkeit.“

3D-Extrusions-Drucker für große Verkleidungen, Tanks und Fixtures

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Viele bisherige 3D-Druck-Strategien basieren auf dem Einsatz von Filamenten. Die Anlagentechnik von Q-Big 3D hingegen verarbeitet dagegen handelsübliche Kunststoffgranulate mit einem Preisvorteil um etwa Faktor 7 bezogen auf die kg-Einstandspreise des Ausgangsmaterials. Dennis Herrmann, CTO und Gründer von Q-Big 3D: „Durch einen 3D-Druck im XXXL-Format bei hohen Aufbaugeschwindigkeiten und dem Einsatz von handelsüblichem Kunststoffgranulat ergeben sich neue Horizonte in puncto Wirtschaftlichkeit, Wertschöpfung und Nachhaltigkeit.“

Flächige Bauteile zur Verkleidung in Automotive

Bei Nutzfahrzeugen und Landmaschinen werden zur Verkleidung großformatige Kunststoffteile eingesetzt. Je größer das Bauteil ist und je kleiner die Serie geplant ist, desto stärker schlagen sich die Werkzeugkosten in der Kalkulation der Stückkosten nieder. Dieses Dilema umgeht eine 3D-Druck-Strategie mit der Anlagentechnik von Q-Big 3D. Referenzteile fertigen Knauss Tabbert, John Deere und Daimler.

Das VFGF-Verfahren ermöglicht feine Sichtflächen und genaue Lagetoleranzen bei geringen Spaltmaßen, also hohe Maßhaltigkeit. Zudem ergibt sich eine gute Spachtel- und Lackierbarbeit der Oberflächen und der Entfall von Nachbearbeitungen. Durch die Freiheitsgrade in der Konstruktion werden ergomomische Geometrien möglich. Außerdem kann Material eingespart werden, was einen gesteigerten Leichtbau ermöglicht. Konventionelle Bauteile hingegen müssen als GFK oder CFK-Bauteile formgebunden gefertigt werden, was die Entwicklungszeiten und die Kostenstruktur erhöht. Für die Konstrukteure interessant ist, neben der Geometriefreiheit mit extremen Hinterschnitten, die in der Spritzgießtechnik nicht darstellbar sind, ein schnelles Redesign zur Optimierung der Bauteile.

3D-Druck komplexer Kunststofftanks für Wassermedien

Besomdere Vorteile hat die Additive Fertigung mittels VFGF-Verfahren mit dem 3D-Extrusionsdrucker Queen 1 von Q-Big 3D vor allem für Kunststofftanks zur Reinigung oder Wasserbereitstellung. Die Geometriefreiheit einer AM-Strategie eignet sich ideal, um den Kunststofftank optimal ergonomisch zu konstruieren. Als Referenzen werden Bauteile für John Deere und Kärcher hergestellt. Anforderungen sind hier dickwandige, wasserdichte, medienresistente HD-PE-Bauteile mit Wandstärken um 8 mm.

Gegenüber klassischen Verfahren, wie Rotationsgießen oder Extrusionsblasen punktet die AM-Strategie mit der Queen 1-Anlagentechnik mit dem Entfall der Werkzeugkosten, niedrigem Investitionsrisiko und Entfall von Nachbearbeitungskosten. Weiterhin bietet diese Strategie auch Vorteile gegenüber konkurrierenden AM-Strategien wie SLS- oder FDM-Druck, da diese zum Verkleben neigen. Dies bedeutet oft Nachteile bei Funktionalität, Dichtigkeit und Maßhaltigkeit aufgrund von Toleranzungenauigkeiten. Zudem ist eine Einfärbung der Tanks in Grau, Anthrazit oder Schwarz möglich.

Befestigungselemente mit engen Lagetoleranzen

Ein weiteres Anwendungsgebiet für den 3D-Großdrucker Queen 1 sind Befestigungselemente, sogenannte Fixtures. Kunden von Q-Big 3D sind unter anderem  Carl Zeiss Fixtures und Benteler. Die Anforderungen der Anwender sind enge Lagetoleranz der Referenzpunkte (<+/- 0,2 mm) durch Insert-Komponenten, wie Hebel, Stifte oder Halter, meist aus Metall, rasche Verfügbarkeit ohne Werkzeuge und preisliche Wettbewerbsfähigkeit.

CO2-Fußabdruck um bis zu 97 % reduziert

Konventionell werden bislang Aluminium-Profile eingesetzt, die sich negativ auf den CO2-Fußabdruck auswirken, aufwendig in der Montage sind und höhere Kosten verursachen. Das von Q-Big 3D eingesetzte Material PLA gilt hingegen als besonders umweltfreundlich und bioabbaubar. Polylactid (PLA) ist ein auf nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr oder Mais basierender Polyester. Der CO2-Fußabdruck der Anwendungsfälle konnte durch den Einsatz der Anlagentechnik von Q-Big 3D um bis zu 97 % reduziert werden. Weitere Vorteile sind Leichtbau, geringere Transportkosten, kein Nachbearbeitungsaufwand, leichteres Handling der Fixtures durch Produktionsmitarbeiter, deutliche Reduzierung des Konstruktionsaufwandes und vor allem die Maßhaltigkeit der Kontaktpunkte. Auch hier ermöglicht die AM-Strategie von ‚Q-Big 3D kürzere Time-to-Market-Optionen und die schnelle Verfügbarkeit der Fixtures.

Mehr über den 3D-Extrusions-Drucker Queen1 und das Unternehmen Q-Big erfahren Sie in diesen exklusiven Beitrag der K-ZEITUNG. gk

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