Firmen im Artikel
Inhaltsverzeichnis
1. 3D-Druck Verfahren für Prototypenherstellung
2. Innovative Klebetechnologie – Vielfalt von AM-Bauteile fordert Werkstoffe-Vielfalt
3. Innovative Klebetechnologie – Praxisbeispiel Verkleben eines 3D-Druck Rohrkörpers
4. Innovative Klebetechnologie – Automatisierte Verklebung eines 3D-Druck Displayrahmens
5. Spezialklebstoffe für Präzision und Qualität im 3D-Druck
Bei der Additiven Fertigung handelt es sich um ein Fertigungsverfahren, das der Forschung und Industrie unbegrenzte Möglichkeiten an Farb- und Materialkombinationen, aber auch Designfreiheit bietet. Die heute per 3D-Druck hergestellten Produkte sind oft mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur schwer zu realisieren. Da die Additive Fertigung ein werkzeugloser Prozess ist, der allein auf Grundlage von 3D-CAD-Daten erfolgt, ist eine detailgetreue Konstruktion nahezu unendlich komplexer Geometrien realisierbar. Es ist eine Technologie, die eine schnelle, einfache und kostengünstige Produktion von Prototypen (rapid prototyping), Einzelteilen (rapid manufacturing), Werkzeugen und Formen (rapid tooling), Kleinserien und Serien möglich macht. So findet das 3D-Druck-Verfahren immer häufiger dort Anwendung, wo ein hoher Individualisierungsgrad gefordert ist: im Maschinen- und Gerätebau, in der Automobilindustrie, Architektur, Luft- und Raumfahrt, Lohnteilefertigung, Medizin, Modebranche und Spielwarenindustrie. Additive Fertigungsverfahren gewinnen zunehmend in nahezu allen Branchen an Bedeutung.
3D-Druck Verfahren für Prototypenherstellung
Zur additiven Fertigung gehören Rapid-Prototyping-Verfahren wie Stereolithografie (SLA), Multi-Jet Modelling (MJM) oder das Selektive Laser Sintern (SLS). Das 3D-Druck-Verfahren wird häufig in der Prototypenherstellung angewendet. Inzwischen sind in der additiven Fertigung auch Kleinserien kostengünstig und schnell zu produzieren. Das bedeutet, dass auch in der Automobilbranche, in der Medizintechnik, im Formenbau, in der Konsumgüterindustrie und vielen weiteren Branchen additive Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Vorteile des 3D-Druckverfahrens im Vergleich zu klassischen Herstellungsverfahren sind die große geometrische Vielfalt, keine anfallenden Werkzeugkosten und Steigerung der Produktivität.
Innovative Klebetechnologie – Vielfalt von AM-Bauteile fordert Werkstoffe-Vielfalt
Grundsätzlich kann die Additive Fertigung jeden Werkstoff verwenden, der verklebt, verschweißt oder geschmolzen werden kann. Die am weitesten verbreiteten Materialien sind jedoch Kunststoffe wie Polyamid (PA), Polylactide (PLA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), glykolisiertes Polyester (PETG), Polypropylen (PP), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA). Durch die große geometrische Vielfalt, die das 3D-Druck-Verfahren bietet, werden einzelne Bauteile eines Modells oft in getrennten Arbeitsgängen hergestellt. In der Nach- und Weiterverarbeitung müssen sie dann passgenau zusammengefügt werden. Hier kommt die Verbindungstechnik Kleben ins Spiel.
Namhafte Hersteller bieten professionellen Anwendern aus Industrie und Handwerk ein umfangreiches Sortiment an Hochleistungsklebstoffen für die unterschiedlichsten Branchen und Anwendungsbereiche. Das geht bis hin zur Entwicklung von Spezialklebstoffen für die unterschiedlichen Eigenschaften duroplastischer und thermoplastischer Kunststoffe, die eine der Kernkompetenzen des Klebstoffexperten Ruderer ist. Innovative Formulierungen ermöglichen den Anwendern beim Kleben additiv gefertigter Bauteile einen flexiblen und werkzeuglosen Fertigungsprozess sowie die Möglichkeit, unterschiedliche Materialstrukturen verschiedenster 3D-Druck-Bauteile zu kombinieren.
Innovative Klebetechnologie – Praxisbeispiel Verkleben eines 3D-Druck Rohrkörpers
Häufig müssen die Produkte, die im additiven Verfahren gefertigt werden in getrennten Arbeitsgängen, zum Beispiel als Halbschalen oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Hier kommt dann für diese Elemente beziehungsweise Bauteile, die Verbindungstechnik Kleben ins Spiel. Im Anwendungsfall wurde als Geräteaufnahme ein speziell geformter Rohrkörper aus PVC-U (hart-PVC) im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Die Konstruktion erforderte es, ein ringförmiges Halterungselement aus dem Kunststoff ASA, ebenfalls im additiven Verfahren zu produzieren. Zur Positionierung des Ringelementes aus ASA am Rohrelement, wurde eine Nut mit geringer Tiefe in das PVC-U-Teil konstruiert. Da die angedachte mechanische Befestigung aber nicht die erforderte Festigkeit erbringen kann, haben sich die Konstrukteure für das Kleben dieser Teile entschieden. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Klebstoffe ausgiebig getestet.
Die höchsten Festigkeitswerte und den wirtschaftlichsten Einsatz, erbrachte der Klebstoff technicoll 8008. Bei diesem Klebstoff handelt es sich um einen speziell entwickelten Kleber auf Basis einer Kunststofflösung. Bei diesen verwendeten Kunststoffen PVC-U und ASA erzielt der Klebstoff überzeugend hohe Festigkeiten. Die vorliegende adhäsive Verbindung wird unterstützt durch eine zusätzliche quellschweißende Verbindung der beiden thermoplastischen Kunststoffteile. Es kann damit eine fast homogene Materialverbindung erzielt werden. Dieses nun klebtechnisch verbundene Bauteil, hergestellt in zwei Arbeitsschritten im 3D-Druck, überzeugt zudem durch eine sehr hohe Schlagfestigkeit im täglichen Gebrauch unter extremen Witterungsbedingungen. In diesem Fall führte eine Kombination aus der modernen Fertigungstechnologie 3D-Druck und der traditionell bewährten Klebtechnik zu einem idealen Ergebnis.
Innovative Klebetechnologie – Automatisierte Verklebung eines 3D-Druck Displayrahmens
Ein weiteres Praxis-Beispiel zeigt die Verklebung eines Displays, dessen Rahmen 3D gedruckt wurde. Die Besonderheit hier ist die automatisierte Verklebung durch einen Roboter-Klebstoffauftrag. Ein manueller Klebstoffauftrag ist in diesem Fall nicht möglich, da es nicht möglich ist immer die exakt gleiche Menge Klebstoff bei gleichbleibender Geschwindigkeit aufzutragen. Das ergibt sich schon allein daraus, dass man beim Auftragen immer wieder den Hebel an der Auspresspistole betätigen muss, bis neuer Klebstoff kommt. Das unterbricht die Kontinuität.
Die Herausforderung der automatisierten Verklebung ist, dass die Kleberaupe ganz exakt aufgebracht werden muss, um eine einwandfreie Oberfläche zu schaffen. Vor allem auch an den Ecken, sowie am Start- und Endpunkt. Dadurch gestaltet sich der Klebstoffauftrag als besonders schwierig. Wichtig ist auch, dass die zu klebenden Teile exakt gefertigt sind. Ist an einer Stelle zum Beispiel ein etwas größerer Spalt zwischen Rahmen und Display, leidet die Optik der Klebefuge, da der Klebe-Roboter automatisiert immer die gleiche Menge aufbringt und unterschiedliche Spaltmaße nicht erkennt. Exemplarisch für diese Klebeanwendung sind Klebungen im Sichtbereich von Bauteilen sehr anspruchsvoll, da die Klebefuge optisch einwandfrei sein muss. Zum einen darf der Klebstoff nicht nach oben ausgewölbt oder nach unten abgesackt aushärten. Zum anderen darf er auch keine Vertiefung aufweisen, damit sich kein Wasser oder Schmutz ansammeln kann. Als Klebstoff für diese Anwendungen eignet sich eine spezielle selbstnivellierende 2K-Vergussmasse, etwa der technicoll 9481. Diese verläuft nach dem Auftragen noch etwas und nivelliert sich selbst und dickt nach ca. 20 Sekunden an. Zudem ist diese Klebstoff-Technologie für die automatisierte Klebung mittels Klebe-Robotern geeignet.
Spezialklebstoffe für Präzision und Qualität im 3D-Druck
Spezialklebstoffe wie der Diffusionsklebstoff technicoll 8008 werden seit Jahren erfolgreich im 3D-Druck eingesetzt. Die Klebstofftechnologie erreicht aufgrund ihrer quellschweißenden Eigenschaften eine fast homogene Materialverbindung und hohe Festigkeit. Wo selbst mechanische Befestigungen versagen, bringt dieser Kunststoffkleber selbst für größere Flächen die nötige Klebkraft mit.
Ein besonders schnellhärtender Klebstoff mit hoher Transparenz ist der 2-K-Polyurethanklebstoff technicoll 9430-1. Wegen seiner Flexibilität und UV-Beständigkeit ist er genau da die richtige Verbindungslösung, wo Funktionalität und Optik aufeinandertreffen. Für die im 3D-Druck oft eingesetzten und schwierig zu klebenden Kunststofftypen Polyamid (PA) und Polylactide (PLA) bietet technicoll viele weitere 2-Komponenten-Systeme auf Basis Methylmethacryalt (MMA), Polyurethan (PUR) und Epoxidharz (Epoxi). Kunststoffe wie PE und PP lassen sich am besten mit dem Kontaktklebstoff technicoll 9110 kleben. Aufgrund ihrer ausgefeilten Formulierungen sorgen die Hochleistungsklebstoffe nicht nur für Präzision, Stabilität und Prozesssicherheit im modernen 3D-Druck-Verfahren, sondern sie sind auch ein Garant für exzellente einwandfreie Klebeergebnisse bei gleichzeitiger Materialeinsparung und Gewichtsreduzierung. Der große Nutzen liegt vor allem auch in der Designfreiheit, jedem leistungsfähigen und funktionellen Endprodukt die erforderliche Ästhetik mit auf den Weg geben zu können. (jg)
Mehr Informationen zum Thema Kunststoff-Kleben von Ruderer
