Integration von CEM-Extrudern für besondere­ Anwendungen

3D-Pellet-Extrusions-Drucker ergänzen klassische Verfahren um eine additive Fertigungsstrategie ohne Werkzeuge. AIM3D stellt nun universell einsetzbare Extruder-Entwicklungen für Drittanbieter vor, um neue Anwendungsgebiete für 3D-Schneckenextruder zu erschließen. Diese Universal-Pellet-Extruder können einerseits für Anwendungen im 3D-Druck (Großraumdrucker, Ver­fahrenskombinationen oder Roboter-Systeme) eingesetzt werden und andererseits aber auch für Anwendungen in der Veredelung wie Beschichten, Fügen oder Auftragen. Die Universal-Pellet-Extruder bieten somit einen umfassenden Ansatz, um etablierte Verfahren durch eine 3D-Fertigungsstrategie zu erweitern.

AIM3D setzt seit 2017 konsequent auf 3D-Pellet-Drucker in Abgrenzung zu FDM-3D-Druckern, die Granulate statt Filamenten verarbeiten. Deutlich günstigere Material­einstandskosten von Granulaten und die Verwendung von Regenerat-Material bilden die Grundlage für die hohe Wirtschaftlichkeit dieser AM-Fertigungsstrategie mit 3D-Pellet-Druckern. Der Einsatz von CEM-Extrudern zur Integration in Anlagen von Drittanbietern erweitert­ nun das Spektrum des 3D-Drucks (sog. Universal-Pellet-Extruder). Daniel Selck­, CSO von AIM3D: „Unsere bewährten CEM-Extruder zeichnen sich durch Materialvielfalt, Robustheit und Reproduzierbarkeit aus. Besonderes Merkmal beim Einsatz von polymeren Granulaten ist der Kostenvorteil im Materialeinstand gegenüber 3D-Druck mit Filamenten, aber auch die besseren mechanischen Eigenschaften. Die Übertragung der CEM-Technologie durch applikationsbezogene, separate Extruder als Universal-Pellet-Extruder erschließt universell eine Vielzahl neuer Anwendungsgebiete für Drittanbieter.“

Entwicklung von Universal-Pellet-Extrudern­ von AIM3D für neue Anwendungsgebiete­

Basierend auf den Patenten und Erfahrungen von AIM3D im Bereich kompakter Schneckenextruder für hochanspruchsvolle Materialien, wie MIM (Metal Injection Moulding), CIM (Ceramic­ Injection Moulding), aber auch Hochtemperaturmaterialien, wie ULTEM 9085 und PEEK, können nun auch Drittanbieter CEM-Extruder einsetzen. Diese Option reicht vom Erwerb­ von Standard-Extrudern von AIM3D, wie dem CEM E2- und dem CEM E3-Extruder, bis zur Entwicklung von applikationsadaptierten Extrudern im Projektgeschäft. Zielsetzungen des Einsatzes von CEM-Extrudern sind Kostenreduzierung, Leichtbau, bionische Konstruktionen­ oder die Optimierung bestimmter Materialgruppen. Die CEM-Extruder CEM E2 und CEM E3 sind die „hauseigenen“ Extruder für die 3D-Drucker-Reihen ExAM 255 und ExAM 510 von AIM3D. Diese 3D-Schneckenextruder zeichnen sich durch ihre Materialvielseitigkeit in den Materialklassen Metall, Keramik und Kunststoffe (Multimaterial-3D-Drucker) aus, aber auch durch ihre Robustheit und hohe Austragsrate im Fertigungsalltag.

Leistung und Bauraten von CEM-Extrudern­

Die Baurate eines CEM-Extruders von AIM3D liegt aktuell bei 150 cm³/h. Perspektivisch peilt man nach Herstelleraussagen Bauraten von 300 bis 600 cm³/h an. Damit will man Verarbeitungsmengen von 1.000 bis 4.000 kg pro Jahr erreichen. Diese Angaben beziehen sich auf Bauteile mit einer Qualität von max. 300 µm Schichtstärke, sowie dem Einsatz einer 0,5 mm Düse des 3D-Druckers und sind somit vergleichbar zu 3D-Bauteilen des Fused Deposition Modeling (FDM). Entscheidend für den Aufbau eines 3D-Bauteils ist vor allem die Reproduzierbarkeit, also die Wiederholgenauigkeit des Prozesses. Für Anwender ist dies ein zentraler Punkt für gleichbleibende Qualität des Bauteils gerade in der Serienfertigung von kleinen und mittleren Serien.

Einsatzspektrum und Materialvielfalt von CEM-Extrudern

Zur Expertise von AIM3D zählen vor allem Hochleistungs-Polymere wie ULTEM™ 9085 von Sabic (PEI (Polyetherimid)) auf Granulatbasis. Die Kostenvorteile beim Einsatz von Standardgranulaten verglichen zu 3D-Druckern, die Polymere­ mit Filamenten verarbeiten, sind enorm. Dabei werden bei Verwendung von ULTEM™ 9085 mit der CEM-Technologie Homogenitäten­ vergleichbar zur Spritzgießtechnik erreicht. Zugversuche nach DIN EN ISO 527-2 Typ 1A belegen aufgrund geringer Standardabweichungen eine hohe Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit. Diese Merkmale werden durch die patentierte Granulat-Extruder-Technologie erreicht, die eine materialschonende Verarbeitung des Materials gewährleistet und die Degradierung der Polymere im Extruder minimiert. Der Werkstoff PEI ist zudem schwer entflammbar nach UL 94-VO. PEI eignet sich daher für hohe Einsatztemperaturen, also 180 ºC dauer­haft (217 ºC bis Glasübergang). Mit dem PEI-Werkstoff Sabic ULTEM™ 9085 erschließt der 3D-Pellet-Druck nun Bauteileigenschaften, die den FDM-Druck deutlich übertreffen. Im Ergebnis wird eine 100 % höhere Bruchdehnung gegenüber FDM-Druckern erzielt. PEI erschließt daher mit hoher Wirtschaftlichkeit zahlreiche Anwendungsgebiete in Automotive, Aerospace, Maschinen- und Anlagenbau, Schienenfahrzeugen und Wehrtechnik. Das Werkstoffspektrum wird aber auch durch die Verarbeitbarkeit von keramischen oder metallischen Materialien ergänzt.

Vielseitigkeit von Universal-Pellet-Extrudern­

Durch Spezialisierung auf bestimme Materialklassen oder Applikationen lassen sich Vorteile beim Einsatz von CEM-Extrudern hinsichtlich Austragsrate, Extruder-Gewicht oder auch bei den Fertigungskosten erzielen. Die Erweiterung des Einsatzspektrums von CEM-Extrudern auf spezielle Applikationen oder Integration in die Anlagentechnik von Drittanbietern erschließen als Universal-Pellet-Extruder neue Anwendungsgebiete für diese bewährte und robuste Fertigungsstrategie. Dies bezieht sich auf Anwendungen des 3D-Drucks, wie 3D-Großraumdrucker (zusätzlicher Druck einer kleineren Materialkomponente), Verfahrenskombinationen (z.B. Nachrüstung eines FDM-Druckers) oder Roboter-Systeme. Zudem erschließen die CEM-Extruder Anwendungen außerhalb des 3D-Drucks. Dazu zählen Aufgaben wie Beschichten, Fügen oder Auftragen.