KEYENCE 3D-Drucker AGILISTA: Einfach und vielseitig

KEYENCE will mit den 3D-Druckern der Modellreihe AGILISTA ein Arbeitsmittel bereitstellen, dass den Nutzer bei seinen alltäglichen Aufgaben unterstützt, ohne dabei einen großen zusätzlichen Arbeitsaufwand zu generieren. Die Idee dazu kam den Entwicklern des japanischen Konzerns bei der Arbeit an eigenen Projekten.

Von Sven Friedrich

Den Entwicklern von KEYENCE fehlte es an Möglichkeiten, hochpräzise Prototypen mit ansprechenden Oberflächen in kurzer Zeit herzustellen, um daraus wichtige Rückschlüsse für die Gestaltung und Funktionsweise von Produkten zu ziehen. Auf dem Weg der Entwicklung des AGILISTA waren die wesentlichen Ziele, einen intuitiven und einfach zu bedienenden 3D-Drucker zu schaffen, der eine hochauflösende Drucktechnologie verwendet und detailreiche und hochgenaue 3D-Druckobjekte liefert. Viele heutzutage verwendete additive Fertigungstechnologien benötigen umfangreiche Versorgungssysteme, Maschinenbediener und eine aufwändige Programmierung und Positionierung der zu druckenden CAD-Daten. All diesen Herausforderungen hat sich KEYENCE gestellt und die passenden Antworten geliefert.

Rein wasserlösliches Stützmaterial

Der AGILISTA-3D-Drucker bedient sich der Inkjet–Technologie. Das bedeutet, dass ein flüssiges Druckmaterial in Form von winzig kleinen Tröpfchen aus mehreren Druckköpfen gleichzeitig auf die Druckplatte aufgebracht und dort direkt mittels UV-Licht ausgehärtet wird. Ein nachträgliches Aushärten der Modelle ist nicht notwendig; sie sind direkt einsatzfähig. 
Das für notwendige Stützstrukturen für Hohlräume und Überhänge unerlässliche Stützmaterial wird direkt mitgedruckt. Hierbei ist den Entwicklern von KEYENCE ein Geniestreich gelungen. Sie haben es geschafft, ein rein wasserlösliches Stützmaterial zu entwickeln, dass die Verwendung von Wasserstrahlgeräten und Chemikalien für das Entfernen des Stützmaterials überflüssig macht. Alles, was der Anwender benötigt, um sein Modell fertigzustellen, ist ein Wasserbecken. Da durch das Wasser das Stützmaterial vollständig entfernt wird, steht einem Finishingdurch Lackieren oder Einfärben, nichts im Weg. Selbst eine Pulverbeschichtung zeigte gute Ergebnisse.  

Fest, flexibel, transparent, beständig

Um an der Grundidee der einfachen Handhabung festzuhalten, haben es sich die KEYENCE-Entwickler zum Ziel gesetzt, Standard-Druckmaterialien mit verschiedenen Eigenschaften zu entwickeln, um die Anwendungsbreite zu maximieren, ohne jedoch ständig einen zeit- und kostenintensiven Materialwechsel betreiben zu müssen. Dabei ist es notwendig, Materialeigenschaften zu erreichen, die denen von herkömmlich verwendeten Kunststoffen möglichst nahekommen. Eine hohe Festigkeit der Druckteile bei gleichzeitig ausreichender Steifigkeit ist dabei unabdingbar für ein Funktionsbauteil. 

Möglichkeiten mit Silikon-Druck 

Mit der Entwicklung von Druckmaterialien auf Silikon-Basis hat KEYENCE im 3D-Druck neue Maßstäbe gesetzt, indem mit der bewährten Inkjet-Technologie nun auch dem Herstellen von elastischen Funktionsmodellen keine Grenzen mehr gesetzt sind. Der Ansatz zur Entwicklung dieser Materialien ergab sich aus den Forderungen der Industriekunden nach additiv aufgebauten Bauteilen, die in ihren Charakteristiken jedoch denen gegossener Teile möglichst nahe kommen. So erreichen die mit dem AGILISTA gedruckten Silikon-Druckteile im Wesentlichen die geforderte Umgebungs- und Temperaturbeständigkeit sowie das elastische Verhalten von Gummi.
Die Anwendungsfelder erstrecken sich hier von O-Ringen und Dichtungen über Strangprofile bis hin zu elastischen Bauteilaufnahmen zum Schutz empfindlicher Objekte. Entscheidend für das Erzielen einer hochdetaillierten und feingliedrigen Struktur ist wiederum die Möglichkeit, das von KEYENCE entwickelte und einzigartige, wasserlösliche Supportmaterial zu verwenden, das beim Entstützen die Gefahr der Beschädigung der gedruckten Bauteile eliminiert.

Revolution im Prototyping

Produzierende Unternehmen stehen heute vor der Herausforderung, dass ein Großteil der Produkte in Kleinserien oder nach kundenspezifischen Anforderungen ausgelegt ist. Daher kommt dem Prototyping eine immer stärkere Bedeutung zu, wie auch ein namhafter deutscher Hersteller von Pumpen weiß: „Der Hintergrund der Anschaffung eines KEYENCE-3D-Druckers war das Ziel, das interne Protoyping zu beschleunigen und durch zusätzliche „Loops“ unsere Produkte gezielter zu optimieren. Besondere und individuelle Kundenwünsche erfordern immer kürzere Entwicklungs- und Fertigungszeiten, auch bei Sondermodellen. Das virtuelle Prototyping stößt dabei an seine Grenzen, die Änderung einer Komponente kann Auswirkungen auf das Verhalten und die Funktion des Gesamtsystems haben. Darüber hinaus war die Wartezeit auf extern bestellte Bauteile einfach zu lang, um auf kurzfristige Kundenwünsche zu reagieren. 
Der AGILISTA-Drucker ist für uns die perfekte Ergänzung, da er vor allem durch seine funktionsfähig gedruckten Bauteile punkten kann. So ist es uns möglich, die Änderung einer Konstruktion und deren Umsetzung mit einem Druckteil innerhalb eines Tages zu realisieren.“  

Werkzeug- und Formenbau

„Es ist ein Umdenken in der Entwicklung und Konstruktion notwendig. Man muss sich von der Idee des klassischen dreiteiligen kubischen Formwerkzeugs trennen, um die Möglichkeiten, die der 3D-Druck bietet, optimal ausnutzen zu können. Je öfter wir den 3D-Drucker nutzen, desto mehr neue Ideen können wir generieren. Es ist ein Prozess und wir stehen an dessen Anfang.“ So die Mitarbeiter des internen Sample Manufacturings eines deutschen Automobilzulieferers. 
3D-Druck eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Werkzeug- und Formenbau, da sich der Anwender frei von den Einschränkungen herkömmlicher abtragender Formgebungsverfahren in der Gestaltung des Werkzeuges oder der Form bewegen kann. Hierbei ist nicht der Gedanke leitend, so wenig wie möglich Bearbeitungsschritte durchführen zu müssen oder Material abzutragen, sondern ein Minimum an additiv aufzubauendem Material zu erreichen. Der 3D-Drucker ist dabei in der Lage, jede erdenkliche geometrische Form schichtweise aufzubauen. Beispielsweise sind Bohrungen für Auswerferstifte oder innenliegende verzweigte Kanäle für Kühlung problemlos realisierbar, da sich das wasserlösliche Stützmaterial auch aus sehr dünnen Strukturen mühelos lösen lässt.  
Viele Unternehmen aus dem Bereich des Kunststoffspritzgusses gehen mittlerweile soweit, geeignete Kavitäten im 3D-Druck herzustellen und damit erste werkzeugfallende Teile aus Originalmaterialien direkt zu spritzen. Die hohe Oberflächengüte der mit dem AGILISTA gedruckten Bauteile erübrigt in vielen Fällen sogar eine Nachbearbeitung und damit den direkten Einsatz in der Spritzgussmaschine.   

Halte- und Fixiervorrichtungen

„Schnell, einfach, individuell“, das trifft auf einen schnell an Bedeutung zunehmenden Anwendungsbereich für den AGILISTA zu. Abteilungen wie Arbeitsvorbereitung und Produktion schätzen die einzigartigen Möglichkeiten, die das additive Fertigungsverfahren der Inkjet-Technologie mit sich bringt. Vom CAD-Datensatz bis zum fertigen einsetzbaren Bauteil sind es nur wenige Stunden – das ist unschlagbar, wenn kurzfristig Ersatzteile benötigt werden, deren herkömmliche Fertigung oder Bestellung Tage oder Wochen dauert.  Durch die Vielfalt der heutigen Fertigungsprozesse ist die Stückzahl „1“ benötigter Vorrichtungen oder Hilfsbauteile von enormer Bedeutung. Ein gedrucktes Bauteil kann heute oft schon die vollständige Funktion übernehmen bzw. kann es die Zeit überbrücken, bis Ersatz für das Originalteil geschaffen wurde. Damit können Produktionsausfallzeiten minimiert werden. Zudem ermöglichen die herausragenden Eigenschaften der von KEYENCE entwickelten Druckmaterialien einen Langzeiteinsatz der gedruckten Teile.

Bedienen vom Arbeitsplatz aus

Die dezentrale Bedienung und Überwachung des AGILISTA unterstützt weiterhin die Idee, dass der Nutzer des AGILISTA den 3D-Drucker begleitend zu seiner eigentlichen Tätigkeit einsetzen kann. Durch die einfache Einbindung ins Netzwerk über eine eigene IP-Adresse ist eine Einzel- und Mehrfachnutzung problemlos umsetzbar. Die Druckaufträge werden direkt vom eigenen PC oder Laptop an den Drucker übermittelt und dort von der eigenen Steuerung verwaltet. Der Nutzer hat ständig einen Überblick über anstehende Druckjobs sowie den Zustand und die Verfügbarkeit des Geräts.
Die eigens von KEYENCE entwickelte Software Modeling Studio folgt dem Konzept der einfachen und intuitiven Bedienung. Auf unnötige Zusatzfunktionen wurde verzichtet und so erfolgt die Erstellung des Druckauftrags in nur drei Schritten:• 

  • Laden der CAD-Datei
  • optimale Orientierung des Modells auf der Druckplatte (automatisch)
  • Drucken

Alle weiteren Schritte übernimmt die Software bzw. der Drucker dann selbst. Auch die Berechnung des notwendigen Stützmaterials bedarf keines Eingriffs des Nutzers.
Zu sehen gibt es die AGILISTA-3D-Drucker auf der Moulding Expo in Stuttgart vom ­
30. Mai bis 2. Juni und auf der Rapid Tech in Erfurt vom 20. bis 22. Juni. Zudem stehen in Deutschland jederzeit fünf Showrooms für Besucher offen. Interessenten können einen Termin vereinbaren. (anm)

  • Kombination verschiedener Eigenschaften im Druckmaterial.
  • Das Supportmaterial löst sich im Wasser automatisch vom Druckteil.
  • Verkürzung von Entwicklungs-Loops im Prototyping.
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