3D-Druck: Leichte Scheibe verbessert Performance

Lasersinter-Spezialist FKM fertigt anspruchsvolles PEEK-Bauteil für Lackierroboter: Der Hochleistungskunststoff PEEK gilt als ideales Thermoplast für die Herstellung von Formteilen, die in Fluidtechnik, Medizintechnik und Motorenbau verbaut werden. Allerdings gibt es bisher nur wenige Zulieferer, die PEEK-Serienteile in einem Schichtbau-Verfahren des 3D-Printing wirtschaftlich fertigen können. Führend auf diesem Gebiet ist das Unternehmen FKM Sintertechnik. Mit Hilfe geeigneter Lasersinter-Anlagen ist es in der Lage, selbst Bauteile mit anspruchsvollen Innengeometrien aus PEEK zu realisieren. Aktuelles Beispiel dafür ist eine fluidtechnisch aufwändige Kanalscheibe für den Zerstäuber eines Lackierroboters.

Mit ihren 53 scheinbar willkürlich verteilten Löchern gibt die Kunststoffscheibe dem Betrachter zunächst Rätsel auf. Wenn er allerdings erfährt, dass er ein fluidtechnisches Einbauteil für den Rotationszerstäuber eines Lackierroboters vor Augen hat, nähert er sich bald auch der Frage, warum sich viele dieser Bohrungen in ihren Dimensionen so deutlich unterscheiden: Es sind Öffnungen von Kanälen für den Durchfluss verschiedener Medien (Lösemittel, Lack, Luft). Bedingt durch fluid- bzw. dosiertechnische Anforderungen winden sie sich in verschiedenen Größen und Längen durch das Innere der Scheibe und lassen hier eine komplexe, mehrdimensionale Kanalarchitektur entstehen. Dass dieses Bauteil heute als flache Scheibe aus Kunststoff existiert, ist freilich keine Selbstverständlichkeit. Lange Zeit galt es als gegeben, eine solch anspruchsvolle Innengeometrie in Aluminium zu realisieren. Das erforderte jedoch stets eine aufwändige mechanische Bearbeitung und ergab einen 120 mm hohen und 3,8 kg schweren Zylinder – nicht gerade ideal für einen hochdynamisch agierenden Industrieroboter. Es waren schließlich die 3D-Printing-Spezialisten von FKM Sintertechnik, die den Hersteller des Roboters von ihrer lasergesinterten Alternative überzeugten: Einer knapp 21mm dicken Kanalscheibe aus dem Hochleistungsthermoplast PEEK, die den Roboter nur noch mit einem Gewicht von 230g belastet und ihm beim Lackieren eine signifikant verbesserte Performance verleiht.

PEEK generativ verarbeiten

Den Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon in einem 3D-Printing-Verfahren wie dem Lasersintern zu verarbeiten, beherrschen hierzulande erst wenige Unternehmen. FKM Sintertechnik ist führend auf diesem Gebiet. Bereits 2010 holte sich der Mittelständler die damals weltweit erste Lasersinter-Anlage für die PEEK-Teilefertigung ins Haus und im Rahmen der Inbetriebnahme seines neuen Fabrikgebäudes (2014) erweiterte er auch sein Leistungsspektrum in diesem Bereich. Basierend darauf ist FKM heute in der Lage, seinen Kunden schnell und preiswert Einzel- oder Serienteile aus dem lasersinterfähigen PEEK HP3 zu liefern, das zunehmend gefragt ist bei den Maschinen- und Anlagenbauern in Fluidtechnik, Medizintechnik, Motorenbau und Luftfahrt. Das Thermoplast gilt als Universalist unter den technischen Kunststoffen. Es punktet mit geringer Wärmeausdehnung, gutem Dämpfungsverhalten und besten Gleiteigenschaften, und es ist mechanisch sehr belastbar sowie dauerhaft temperaturbeständig bis fast 300°C. Die von FKM realisierten PEEK-Teile erreichen Zugfestigkeiten von bis zu 95 MPa und E-Module von bis zu 4.400 MPa. Außerdem ist das Material leicht, mehrfach sterilisierbar, nahezu unbrennbar, von hoher Reinheit sowie resistent gegen Hydrolyse und viele Chemikalien – bestens geeignet also für medienführende Fluidtechnik-Bauteile wie die erwähnte Kanalscheibe für den Lackierroboter.

Häppchenweise on-demand

Die Kanalscheibe aus PEEK ist auch allerdings wegen ihrer komplizierten Innengeometrie wie geschaffen für die Herstellung in einer generativen Schichtbau-Technologie wie dem Lasersintern. Jedes andere Formgebungsverfahren wäre hier teurer, zeitaufwändiger und – angesichts bedarfsgerecht produzierter Losgrößen – viel zu unflexibel. Bisher hat FKM von der Kanalscheibe über 1’000 Stück einbaufertig ausgeliefert; allerdings nicht als fortlaufende Serie, sondern immer on-demand: Sobald der Kunde eine neue Charge benötigt, füttert FKM eine seiner freien Lasersinter-Anlagen mit den passenden Geometrie- und Steuerdaten und lässt sie die gewünschte Anzahl Kanalscheiben fertigen. Das geschieht innerhalb weniger Stunden, vollautomatisch, mitunter über Nacht und jederzeit wieder. Aktuell läuft die „Serie“ bereits im zweiten Jahr.

Für die PEEK-Teilefertigung setzt FKM eine eigens für diesen Zweck entwickelte Lasersinter-Anlage vom Typ EOS P 800 ein. Ihr fokussierter Laserstrahl fertigt aus dem losen Kunststoffpulver Schicht für Schicht massive Formteile, wobei es – abgesehen vom Bauraum der Anlage (700 x 380 x 560 mm) – keine gestalterischen Grenzen gibt. Die Genauigkeit ist mit einer Schichtdicke von 0,12 mm sehr hoch, und die Oberflächen lassen sich finishen, so dass alle PEEK-Teile einbaufertig bereit gestellt werden können.

Mit hoher Produktivität fertigen lassen sich in der Lasersinter-Fabrik von FKM neben Prototypen, Serien- und Ersatzteilen aus PEEK auch Teile und Serien aus anderen Kunststoffen wie etwa dem kautschukähnlichen TPU, dem aluminiumgefüllten Polyamid 12 auch oder glasfaserverstärkten Verbundmaterialen. Im Metallbereich stehen dank der geeigneten Lasersinter-Anlagen Aluminium, Edel- und Werkzeugstähle sowie Speziallegierungen zur Wahl.

Bild: Bedarfsorientierte Serienproduktion: Im neuen Werk von FKM Sintertechnik werden auf 24 Kunststoff-Sinteranlagen und acht Metall-Sinteranlagen neben Prototypen auch Klein- und Mittelserien nach industriellen Maßstäben produziert. Quelle: FKM Sintertechnik.