Belastbare Hart-Weich-Verbindungen in Losgröße 1

Die Stärke des Freefomers bei der Verarbeitung weicher Materialien hat Arburg genutzt, um belastbare Hart-Weich-Verbindungen in Losgröße 1 herzustellen.

Wie Arburg betont, ist nur das Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) mit dem Freeformer 300-3X in der Lage, belastbare Bauteile aus zwei Materialien - sogar als Hart-Weich-Verbindung - in Losgröße 1 zu produzieren, die sich in dieser Verbindung bislang einzig und allein spritzgießen ließen.

Diese Kombination verschiedener Originalmaterialien zu Hart-Weich-Verbindungen mit einem additiven Fertigungsverfahren ist hochinteressant. Schließlich sind spritzgegossene Zwei-Komponenten-Bauteile generell sehr gefragt, um daraus zum Beispiel haptisch ansprechende Rasierer, Zahnbürsten oder Werkzeuge in großen Serien zu fertigen.

Komplexe Funktionsbauteile mit belastbarer Hart-Weich-Verbindung

Mit dem Freeformer 300-3X lassen sich belastbare Hart-Weich-Verbindungen mit Stützmaterial herstellen. Die einzelnen Glieder eines Fingers aus PC-ABS werden durch Gelenke aus weichem TPE (Shore 30 A) beweglich. Foto: Arburg

Der Freeformer 300-3X mit seinen drei Austragseinheiten ermöglicht die industrielle additive Fertigung komplexer Funktionsbauteile aus Originalmaterial in belastbarer Hart-Weich-Verbindung mit Stützstruktur. Das ist besonders für Anwender interessant, die funktionsfähige Prototypen aus exakt dem gleichen Material wie in der Endprodukt-Großserie herstellen und testen wollen.

Ein weiteres Einsatzfeld für Bauteile in Hart-Weich-Verbindung sind Automationslösungen und Betriebsmittel. Dazu zählen etwa Zwei-Komponenten-Greifer, die sich im AKF-Verfahren in einem Schritt ohne zusätzlichen Montageaufwand fertigen lassen. Das Stützmaterial lässt sich anschließend einfach auswaschen.

2K-Greifer für knifflige Aufgaben

Für eine besonders knifflige Entnahmeaufgabe in der eigenen Spritzteilfertigung hat Arburg einen 2K-Greifer konzipiert. Sein hartes Gehäuse besteht aus PC/ABS, während sich die weiche TPU-Membran im Werkzeug per Druckluft formschlüssig weitet. So kann das Spritzteil trotz ungünstiger Lage im 15°-Winkel prozesssicher entnommen werden. Ein weiteres Bauteilbeispiel ist ein Finger, dessen einzelne Glieder aus PC/ABS durch Gelenke aus weichem TPE (Shore 30 A) beweglich werden.

Bei diesen Lösungen kommt dem Freeformer zugute, dass er komplexe Funktionsbauteile aus originalen Weichmaterialien nahezu aller Shore-Härten additiv fertigen kann. Für die Formnext Connect wurde die Verarbeitung sehr weicher Werkstoffe am Beispiel von Automotive-Bauteilen und einer flexiblen Schuhsohle aus dem thermoplastischen Polyester-Elastomer Hytrel der Firma Dupont demonstriert.

Dieser Prototyp eines Verbindungsschlauchs für Pkw-Kühlsysteme wurde mit einem Freeformer aus TPU Desmopan 9370 AU (Härte 70 Shore A) hergestellt. Foto: Arburg

TPE bis Härte 28 Shore A

Im Gegensatz zu anderen additiven Fertigungsverfahren lassen sich im AKF-Verfahren auch sehr weiche Originalmaterialien verarbeiten und komplexe Funktionsbauteile in Hart-Weich-Verbindungen herstellen. Wie Arburg erklärt, können das FDA-zugelassene Original-TPE Medalist MD 12130H (Härte 32 Shore A) oder SEBS Cawiton PR13576 (Härte 28 Shore A) derzeit nur mit dem Freeformer verarbeitet werden.

Für die Automobilindustrie besonders interessant ist auch das TPU Desmopan 9370 AU (Härte 70 Shore A). Das Material ist so flexibel wie Gummi, so gut zu verarbeiten wie ein Thermoplast und zudem unempfindlich gegenüber Wärme und Chemikalien, so Arburg. Aufgrund seiner charakteristischen schwarzen Farbe, Dichtigkeit und Belastbarkeit auch im Dauereinsatz wird dieser Werkstoff für diverse funktionale Prototypen im Automobilbereich bevorzugt eingesetzt. Aus diesem Material hat die Firma Daimler bereits Verbindungsschläuche additiv gefertigt und zum Beispiel im Kühlsystem eines Prototypenfahrzeugs eingesetzt.

Funktionsmuster in Losgröße 1

Diese aus zwei Teilen zusammensetzbare Schuhsohle wurde mit einem Freeformer aus dem TPE Hytrel (Härte 40 Shore) von Dupont mit Hilfe von Stützmaterial hergestellt. Foto: Arburg

Ebenfalls für den Automotive-Bereich fertigt die Firma GTG Gummitechnik Türdichtungen aus TPE. Ein additiv gefertigtes Musterteil für die C-Säule hat gezeigt, wie sich die Entwicklungszeit vom CAD-Modell zum fertigen Funktionsmuster mit dem AKF-Verfahren deutlich verkürzen lässt.

Im AKF-Verfahren mit dem Freeformer ist es auch möglich, über die Slicing-Parameter den Füllgrad eines Bauteils zu variieren und seine mechanischen Eigenschaften gezielt zu verändern. Auch innerhalb eines Bauteils lassen sich also verschiedene Materialdichten realisieren. Somit können zum Beispiel Schuhsohlen aus nur einem Material gefertigt und dennoch individuell auf die Fersen der Person angepasst werden. Geeignet dafür ist zum Beispiel das thermoplastische Polyester-Elastomer Hytrel (Härte 40 Shore D) von Dupont. In Bezug auf mechanische Belastbarkeit, Rückstellverhalten und Dauerbelastung hat das additiv gefertigte Bauteil nahezu die gleichen Eigenschaften wie ein Spritzteil.

gk

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