Michael Grosalski, geschäftsführender Gesellschafter von Agrodur, gehört zu den experimentierfreudigsten Freeformer-Anwendern. Seit zwei Jahren testet er einen Werkstoff nach dem anderen. Foto: K-Magazin

Eismaschine im Dauereinsatz

Additive Fertigung

Agrodur gehört zu den experimentierfreudigsten Freeformer-Kunden: Der Lohnfertiger hat schon sehr viele Werkstoffe auf der Maschine getestet, um für seine Kunden Handmuster herzustellen – und sich dabei auch die eine oder andere blutige Nase geholt.

Der Vergleich zweier Steckdosen von Agrodur – links aus dem Freeformer, rechts aus der Spritzgießmaschine – zeigt, dass die Oberflächengüte bei Weitem nicht identisch ist. Foto: K-MAGAZIN
Der Vergleich zweier Steckdosen von Agrodur – links aus dem Freeformer, rechts aus der Spritzgießmaschine – zeigt, dass die Oberflächengüte bei Weitem nicht identisch ist. Foto: K-MAGAZIN

Michael Grosalski erinnert sich noch genau: Auf der K 2013 in Düsseldorf war der geschäftsführende Gesellschafter von Agrodur auf dem Stand von Arburg und sah den Freeformer. „Mir war sofort klar, dass dies eine Maschine für die additive Fertigung war. Ich habe ein Foto davon geschossen und es an meinen Bruder geschickt mit den Worten: Will ich haben. Er schrieb zurück: Sieht gut aus. Was ist das? Eine Eismaschine?“

Seitdem hat der Freeformer bei Agrodur den Spitznamen weg. Bis die „Eismaschine“ von Loßburg nach Radevormwald geliefert wurde, verging allerdings noch ein Jahr. Viel zu lange, befindet Grosalski: „Ich hätte auch eine Version 0.X des Freeformers genommen, aber dazu hat sich Arburg nicht über­reden lassen. Ich wollte einfach schnell loslegen und damit einer der Ersten sein, die Erfahrungen mit dem neuen Verfahren sammeln konnten. Bei solchen Innovationen bin ich immer gerne vorne mit dabei.“

Zumindest dieser Wunsch hat sich erfüllt: Der Freeformer, der Anfang Oktober 2014 bei Agrodur eintraf, trug die Seriennummer 3. Grosalski war happy und machte sich gleich ans Werk. Zur Fakuma im gleichen Monat brachte er Arburg schon eine Eistüte, gefertigt im Freeformer, auf dem Stand vorbei.

In den ersten beiden Tagen testete er die Maschine mit einem ABS, das ihm Arburg mitgeliefert hatte. Doch bereits am dritten Tag füllte er POM ein. „Mein Vater hat mich für wahnsinnig erklärt. Für ihn war klar, dass die Schnecke rausfliegen würde“, erinnert sich Grosalski noch zu gut. „Und auch bei Arburg hat man ähnlich reagiert, als ich dies ein paar Wochen später erzählt habe. Doch davon habe ich mich bis heute nicht beirren lassen, ich probiere einfach aus, was geht.“

100 °C beträgt aktuell die maximale Temperatur, die der Bauraum des Freeformers erreichen kann. Agrodur wünscht sich 160 oder 170 °C, um künftig auch Hoch­temperaturwerkstoffe verarbeiten zu können. Dann würde sich die Bauraumtemperatur der Glasübergangstemperatur der Werkstoffe annähern – und dadurch würde das komplette Bauteil gleichmäßiger abkühlen.

Vorteil: Handelsübliche Standardgranulate

Denn der Charme des Freeformers lag für ihn von Anfang an darin, dass man damit handelsübliche Standardgranulate, die Agrodur auch beim Spritzgießen verwendet, verarbeiten kann. Somit ist es dem Lohnfertiger seit zwei Jahren möglich, seinen Kunden Anschauungsmuster von Bauteilen, aber auch Bauteile für Einbauversuche und Funktionstests zur Verfügung zu stellen, die später mit den gleichen Materialien auf den Spritzgießmaschinen am Standort in Bad Berleburg in Serie gehen können.

Früher hat Agrodur dafür externe Dienstleister für additive Fertigung beauftragt, die Vakuumguss oder Stereolithografie als Verfahren nutzten. „Vor allem den in Stereolithografie hergestellten Bauteilen fehlt es teilweise schon an Stabilität“, so Grosalski. Das sei beim Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) mit dem Freeformer ganz anders. Als Beweis hält er einen Zugstab in der Hand, den er auf dem Freeformer gefertigt hat. Auf der Material­prüfmaschine gelinge es nicht, diesen zu reißen. „Insofern bekommen unsere Kunden Baumuster in die Hand, die in puncto Zugfestigkeit spritzgegossenen Bauteilen sehr stark ähneln“, sagt Grosalski. „Die mechanischen Werte der mit dem Freeformer gefertigten Bauteile liegen bei uns immer zwischen 80 und 90 Prozent im Vergleich zu den Bauteilen, die auf der Spritzgießmaschine entstehen.“

Gemeinsam mit Lukas Pawel­czyk (r.), Manager Additive Manufacturing bei Arburg, tauscht sich Michael Grosalski regelmäßig über die Erfolge und Misserfolge mit dem Free­former aus. Dieses Feedback hilft Arburg, die Maschine kontinuierlich zu optimieren. Foto: K-MAGAZIN
Gemeinsam mit Lukas Pawel­czyk (r.), Manager Additive Manufacturing bei Arburg, tauscht sich Michael Grosalski regelmäßig über die Erfolge und Misserfolge mit dem Free­former aus. Dieses Feedback hilft Arburg, die Maschine kontinuierlich zu optimieren. Foto: K-MAGAZIN

Ein weiterer Vorteil ist für ihn, dass er die Baumuster selbst herstellen kann, das mache das Unternehmen flexibler und schneller. „Von Amazon ist man das Prinzip gewohnt: heute bestellt, morgen schon im Haus. Und das überträgt sich mehr und mehr auf den Businessbereich. Dem tragen wir mit dem Freeformer Rechnung, damit sind wir einfach schneller geworden“, betont der Geschäftsführer.

Durch die Maschine hat Agrodur schon den Zuschlag für den einen oder anderen neuen.

Spritzgießauftrag erhalten – auch wenn das Unternehmen dafür nicht immer den eigenen Freeformer genutzt hat: Als ein potenzieller Kunde auf der Hannover Messe im vergangenen Jahr mit einem 3D-Datensatz auf einem USB-Stick auf den Stand von Agrodur kam, war nämlich Eile geboten: Grosalski wollte ihm möglichst schon am nächsten Tag Baumuster aus dem Freeformer in die Hand drücken. Doch Radevormwald war zu weit entfernt für eine solche Aktion. Deshalb wandte sich der Geschäfts­führer kurzentschlossen an Arburg, dessen Stand mit dem Freeformer sich ein paar Hallen weiter befand. Mit Erfolg: Über Nacht entstanden die Bauteile für den Interessenten – und zwei Wochen später lag bei Agrodur der Spritzgießauftrag vor.

Ein neues Agrodur-Standbein ist denkbar

„Dennoch wäre es übertrieben zu behaupten, dass wir mit dem Freeformer bereits Geld verdienen“, stellt Grosalski klar. „Aber das kann ja noch kommen.“ Er will nicht ausschließen, dass Agrodur mit dem Freeformer in Zukunft ein neues Geschäfts­modell aufbaut – als Anbieter additiv gefertigter Handmuster und Bauteile. „Wir gehören nach Aussagen von Arburg zu den experimentierfreudigsten Freeformer-Anwendern. Das Know-how, das ich über die vergangenen zwei Jahre aufgebaut habe, kann ich nutzen, um innerhalb der Unternehmensgruppe ein neues Standbein aufzubauen.“

Zwei Möglichkeiten zieht er dafür in Betracht: Entweder würde er sich auf ausgewählte Werkstoffe konzentrieren, die sonst niemand beherrscht, oder aber auf die Fertigung von Formeinsätzen für Spritzgießwerkzeuge.“ Der Kauf weiterer Freeformer stünde dann auch auf der Agenda. Doch so weit ist es noch nicht.

Sowohl Agrodur als auch Arburg mussten zunächst einmal eine Reihe von Hausaufgaben erledigen. Beide haben in den vergangenen zwei Jahren gemeinsam eine Lernkurve mit dem Freeformer durchlaufen. Sie haben sich dabei immer wieder über die Ergebnisse ausgetauscht – und nach Lösungen gesucht. Seit dem Start wurde die Maschine laut Grosalski bereits mehrfach optimiert: So wurden sowohl die Kühlung als auch die Standzeit der Düsen, eines klassischen Verschleißteils, verbessert.

Das Ausprobieren hat dem Geschäftsführer in dieser Zeit viel Spaß bereitet – aber auch so manchen Nerv gekostet, wie er zugibt: So musste er, bevor er zu optimalen Ergebnissen kam, mit vielen Parametern spielen: Materialtemperatur, Bauraumtemperatur, Drücke und die Ausrichtung des Bauteils im Bauraum gehörten dazu. Auch musste er lernen, dass PE beispielsweise nicht auf der Standardbauplatte hält und dass eine lange Verweilzeit im Bauraum zu Problemen am Bauteil in Form von thermisch geschädigtem Material führen kann.

Auch die Schwindungsparameter musste er für die Werkstoffe, die nicht von Arburg qualifiziert sind, selbst ermitteln. Dabei geht er empirisch vor mithilfe von Datenblättern und mit der Herstellung eines standardisierten Würfels. „Handmuster müssen auch nicht auf den Tausendstel Millimeter genau sein, da muss man nicht päpstlicher als der Papst sein.“

Grosalski stellt deshalb fest: „Plug-and-play funktioniert mit dem Freeformer nicht. Mir kommt die Erfahrung im Spritzgießen zugute, aber im Grunde bin ich hier eher Verfahrensmechaniker.“

Herausforderung teilkristalline Werkstoffe

Aus der riesigen Palette an Werkstoffen hat er schon viele getestet. Rund 20 funktionieren für ihn heute problemlos. Eine Herausforderung stellt nach wie vor der Einsatz teilkristalliner Werkstoffe dar. Er zeigt ein Foto von einem Versuch, bei dem er ein teilkristallines PA12 genutzt hat: Es hat dafür gesorgt, dass die Stützstruktur vollständig von der Bauplatte abhob.

Um teilkristalline, aber auch Hochtemperaturkunststoffe wie PEEK verarbeiten zu können, wünscht sich der Agrodur-Geschäftsführer deshalb eine höhere Bauraumtemperatur von 160 oder 170 °C, um sich der Glasübergangstemperatur der Werkstoffe anzunähern. Dadurch würde das komplette Bauteil gleichmäßiger abkühlen.

Über Agrodur
1967 wurde die Agrodur Grosalski GmbH & Co. KG gegründet. Der Kunststofflohnfertiger beschäftigt aktuell 280 Mitarbeiter an drei Standorten in Bad Berleburg, Radevormwald und Hohenmölsen. Er verfügt über mehr als 10.000 m² Produktionsfläche, mehr als 90 Spritzgießmaschinen mit einer Schließkraft von 150 kN bis 4.000 kN und mehr als 80 Pressautomaten mit einer Schließkraft von 150 kN bis 6.000 kN.

Derzeit sind 100 °C das Maximum. „Wenn Arburg das realisieren könnte, wären wir einen Riesenschritt weiter, denn viele Spritzgießaufträge haben wir in diesem Bereich“, so Grosalski.

Nach Aussagen von Lukas Pawelczyk, Manager Additive Manufacturing bei Arburg und Ansprechpartner für Agrodur, arbeitet der Maschinenbauer aus dem Schwarzwald an der Qualifizierung teilkristalliner Kunststoffe für den Freeformer.

Auch diese vier Komponenten eines Wasserfiltergehäuses aus amorphem PA12 hat Agrodur auf dem Freeformer hergestellt. Der Kunde Carbonit hat das Handmuster genutzt, um auf einer Messe die Akzeptanz des neuen Produkts zu testen. Foto: Agrodur
Auch diese vier Komponenten eines Wasserfiltergehäuses aus amorphem PA12 hat Agrodur auf dem Freeformer hergestellt. Der Kunde Carbonit hat das Handmuster genutzt, um auf einer Messe die Akzeptanz des neuen Produkts zu testen. Foto: Agrodur

Ein erster Schritt in diese Richtung wurde kürzlich getan: Der Freeformer von Agrodur hat eine neue Heizung erhalten, welche die Temperatur im gesamten Bauraum homogen hält.
Auch der Einsatz von fasergefüllten Kunststoffen steht auf Grosalskis Wunschliste, weil viele Spritzgießaufträge bei Agrodur in diesen Bereich fallen, vor allem aus der Automobilbranche. Doch rechnet er hier nicht mit einer Lösung. „Der Düsendurchmesser lässt dies einfach nicht zu. Sobald die Glasfaser einmal verkantet, ist die Düse unten verstopft.“

Eine „blutige Nase“ hat sich der Geschäftsführer zudem bei Bauteilen geholt, bei denen es auf eine hohe Oberflächenqualität ankam. „Durch den schichtweisen Aufbau des Bauteils im Freeformer erhalte ich immer ein Treppenstrukturmuster. Je dünner der Strang ist, der aus der Düse kommt, desto weniger ausgeprägt ist sie. Dies würde sich sich bei kleineren Düsendurchmessern minimieren lassen.“

3K-Freeformer steht auf der Wunschliste

Und dann hat Grosalski nur noch einen großen Wunsch an Arburg: Ein 3K-Freeformer sollte her, der also neben der Stützstruktur zwei weitere Komponenten verarbeiten kann. Dies wäre für Agrodur hilfreich, weil viele Spritzgussbauteile aus zwei Komponenten bestehen. Vor allem Hart-Weich-Verbindungen mit TPU als Dichtung für Bauteile im Kraftstoff- und Kühlwasserbereich sind gefordert. Doch auch zweifarbige Bauteile würde er gerne mit dem Freeformer produzieren. Dann könnte er mit der „Eismaschine“ auch gleich eine Eiswaffel mit farbigen Eiskugeln herstellen.

Sabine Koll

 

Anlaufbild: K-MAGAZIN