Maschinenelemente

Hochleistungskunststoffe von Igus erhöhen Präzision im 3D-Druck

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Klein wie eine Kaffeemaschine und dabei groß in den Funktionen: Das ist der 3D-Drucker Pluto des Unternehmens 3Devised aus Kalifornien. Mit einer Größe von nur 155 mm × 155 mm × 290 mm ist er der wohl kleinste Top-Down-Stereolithografie-3D-Drucker der Welt. Seine Druckqualität reicht an die von industriellen 3D-Druckern heran. Um den Anforderungen nach Präzision, Chemikalienbeständigkeit und Schmiermittelfreiheit gerecht zu werden, greifen die Ingenieure bei der Auswahl ihrer Maschinenelemente auf die wartungsfreie Polymer-Lagertechnik von Igus zurück.

Stefan Niermann, Leiter Geschäftsbereich Drylin Linear- und Antriebstechnik, Igus GmbH, Köln

Inhaltsverzeichnis

1. Präzise Ergebnisse mit SLA-Top-Down-Verfahren
2. Besondere Anforderungen an Maschinenelemente
3. Hochleistungskunststoffe als Problemlöser
4. In wenigen Minuten zur passenden Spindel

 

In seinem eleganten, zeitlosen Design passt der 3D-Drucker Pluto in jeden Haushalt. Entwickelt für Juweliere, Bastler und kleine Firmen können sich jetzt Tüftler und Designer ihre Teile mit Pluto selbst drucken: von Schmuck bis hin zu Spielzeugen oder Bauteilen für die eigene Erfindung. Die Idee zur Entwicklung dieses SLA-Druckers begann vor fünf Jahren. Viktor Bankó, Ingenieur und Gründer von 3Devised war auf der Suche nach einem additiven Fertigungsverfahren, um anwenderspezifische Gehäuseteile für die Elektronik zu drucken. Ein Druck der komplexen Formen mittels FDM-Verfahren erbrachte jedoch nur enttäuschende Resultate für den Ingenieur. Denn die Druckergebnisse waren zu ungenau.

So kam Viktor Bankó gemeinsam mit seinem Bruder Barnabas und unterstützt von seinem Vater Balazs auf die Idee, eine bessere und zugleich kostengünstigere Lösung zu entwickeln, um kleine Serien von anwenderspezifischen, komplexen Kunststoffteilen präzise drucken zu können. Mit der Stereolithografie (kurz: SLA) wurde schnell das technisch optimale Verfahren auserkoren. Dabei wird ein Werkstück durch ein schichtweises Belichten von flüssigem Photopolymerharz aufgebaut. Daraus ergeben sich sehr filigrane Strukturen mit gleichzeitig glatten Oberflächen.

Präzise Ergebnisse mit SLA-Top-Down-Verfahren

Beim SLA-Druck wird zwischen der Bottom-Up- und der Top-Down- Technologie unterschieden. Beim Bottom-Up-Prinzip gibt es nach jeder gehärteten Schicht eine signifikante Schälkraft, wodurch Drucker langsamer und weniger zuverlässig sind. Diese Kräfte wirken nicht nur auf die gedruckten Objekte, sondern auch auf die Wannenbeschichtung, was deren Lebensdauer begrenzt. Die jungen Gründer entschieden sich daher, das Top-Down-Prinzip einzusetzen. Dabei wandert die Druckplattform nach jeder gedruckten Schicht weiter nach unten in den Kunstharzbehälter. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass der gesamte Tank gefüllt sein muss.

Daher wurde der Tank mit Glyzerin befüllt und nur das Harz daraufgegeben. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte setzt sich das Harz auf der Oberfläche ab. Als zusätzlicher Bonus für die Optik ist Glyzerin wasserklar. Nach dem Bau des ersten funktionstüchtigen 3D-SLA-Druckers entschieden sich die Brüder Bankó mit Unterstützung von Freunden, ein marktfähiges, kleines und erschwingliches Desktop-Gerät in einem zeitlosen Design zu entwickeln, das die gesammelten Erfahrungen nutzt und in jeden Haushalt passt. So entstand 2015 der erste Prototyp, der nach dem Zwergplaneten Pluto benannt wurde. Heute ist Pluto mit einer Größe von 155 mm × 155 mm × 290 mm als weltweit wohl kleinster Top-Down SLA-Drucker bereit für den Massenmarkt.

Besondere Anforderungen an Maschinenelemente

Vor allem an die Maschinenkomponenten von Pluto stellten die Entwickler besondere Anforderungen. Denn alle Elemente im Innenraum des Druckers müssen beständig gegen das eingefüllte Harz und Glyzerin und frei von Korrosion sein. Gleichzeitig sorgt die Mechanik für ein präzises Druckergebnis. Diese Anforderungen betreffen vor allem das zentrale Element des 3D-Druckers, die z-Achse, die für das Absenken der Bauplattform im Drucker verantwortlich ist. Die Entwickler von 3Devised setzten sich das Ziel, die z-Achse so steif und kompakt wie möglich zu machen. Durch den direkten Einbau der Achse in den Tank wurde der Abstand zwischen der Bauplattform und der Leitspindel verkürzt, um Präzision zu gewährleisten. Diese Designentscheidung war jedoch mit Problemen verbunden, denn eine Schmierung der Bauteile kam nicht infrage, da sie das Harz verunreinigen könnte.

Hochleistungskunststoffe als Problemlöser

Da Metall geschmiert und gewartet werden muss, war die Auswahl von Kunststoffkomponenten für die Entwickler eine naheliegende Lösung. Häufig verwendete Kunststoffe sind jedoch nicht mit Stereolithographieharzen kompatibel, was zu Quellung, Verzerrung und schließlich vollständigem mechanischen Versagen führt. „Hier kam uns Igus mit seinen Hochleistungskunststoffen zu Hilfe. Mit einer hochpräzisen Spindel, Muttern, Lagern und Linearführungen konnten wir eine z-Achse mit hoher Zuverlässigkeit konstruieren“, erklärt Viktor Bankó. Für den kompakten Bauraum wurde die Miniaturführung Drylin N aus Aluminium mit einer Länge von 160 mm mit dazu passenden Schlitten ausgewählt. In Kombination mit einer Steilgewindespindel aus chemikalienbeständigem und korrosionsfreiem Edelstahl und einer gefrästen Spindelmutter aus dem Allroundwerkstoff Iglidur P210 wird die Bauplattform präzise und schmierfrei abgesenkt.

Zur Lagerung des z-Achsensystems dient ein Gleitlager aus Iglidur P. Der Werkstoff zeichnet sich durch eine niedrige Wasseraufnahme, hohe Belastbarkeit und Verschleißfestigkeit aus. „Die Igus-Komponenten arbeiten wartungsfrei und präzise und lassen sich einfach montieren. Insbesondere jetzt, wo wir reif für den Massenmarkt sind, können wir auf Igus als einen zuverlässigen Lieferanten zählen“, lobt Bankó. Zur Finanzierung dieses Schrittes hat 3Devised erfolgreich bei einer Crowdfunding-Plattform teilgenommen. Der 3D-Drucker Pluto, das Glyzerin und verschiedene Kunststoffharze sowie Zubehör sollen bald im eigenen Webshop erhältlich sein. bec

www.igus.de
www.3devised.com

Detaillierte Informationen zu den schmierfreien Gewindesystemen:
hier.pro/yuxJb
Hannover Messe 2019: Halle 17, Stand H04


Die passende Spindel schnell konfiguriert und bestellt mit dem Online-Spindelkonfigurator
Bild: Igus

Info

In wenigen Minuten zur passenden Spindel

Ist der Anwender auf der Suche nach einer Spindel, so bedeutet dies meist einen hohen Aufwand. Denn technische Zeichnungsfähigkeiten sowie der Zugriff auf ein CAD-Programm sind gefordert. Damit jeder Kunde auch ohne tiefgehendes technisches Knowhow und CAD-Software schnell an seine passende Gewindespindel und die dazugehörige Zeichnung gelangt, hat Igus jetzt einen Spindelkonfigurator entwickelt. Mit diesem kann sich nun jedermann seine individuell gefertigte und langlebige Spindel gestalten, die optimal in seine Anwendung passt.

Die Konfiguration erfolgt ganz schnell, innerhalb von drei Schritten: Im ersten Schritt kann der Anwender den Gewindetyp bestimmen. Neben dem klassischen Trapezgewinde und dem metrischen Gewinde hat der Nutzer die Möglichkeit auch das Dryspin-Steilgewinde zu wählen. Dieses ist ein von Igus patentiertes Gewinde, das für einen höheren Wirkungsgrad durch einen optimierten Flankenwinkel sorgt. Nach der Wahl des Gewindetyps kann der Anwender die Gewinderichtung, das Material sowie die Spindellänge bestimmen. Im zweiten Schritt erfolgt die Konfiguration der Zapfen. Hier bietet der Konfigurator dem Nutzer die Möglichkeit den Grundkörper von außen nach innen zu bearbeiten und zwölf Standardelemente wie Fase, Spannfläche oder Sicherungsring dem Zapfen hinzuzufügen. Im Konfigurationsprozess kann sich der Konstrukteur jederzeit die aktuelle Bemaßungszeichnung direkt herunterladen. Im dritten Schritt erhält der Anwender eine Komplettübersicht seiner Konfiguration. Er kann sich die Step-Datei für die weitere Konstruktion seiner Anwendung herunterladen, die Konfiguration für Folgeaufträge als Link speichern oder mit Kollegen teilen. Mit einem einfachen Klick lässt sich die fertig konfigurierte Spindel online bestellen.

www.igus.de/spindelkonfigurator

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