Lasersintern für jedermann

Additive Fertigung

Ein Schweizer Start-up hat eine kompakte und leistungsfähige Lasersinteranlage für Unternehmen mit kleinem Budget entwickelt, die sogar PA12 verarbeiten kann.

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Flexibler Faltenbalg mit Laserintern aus TPU-Polymer hergestellt. Foto: Sintratec

Dominik Solenicki, Mitbegründer und CEO der Sintratec AG in Brugg/Schweiz, erinnert sich noch gut an die Anfänge:  „Die Auszeichung mit dem ersten Platz der ,SwissUpStart Challenge‘ im September 2014 und der gleich darauf folgende Crowdfunding-Erfolg gaben uns den Mut, mit unserer eigenen Revolution im Fertigungsmarkt durchzustarten.“
Zusammen mit zwei weiteren technikbegeisterten Studenten interessierte er sich bereits 2010 für die Möglichkeiten des Rapid Prototyping als Verfahren zur Erstellung kleiner Spezialbauteile für selbst entworfene Mechatroniksysteme. Die Erfahrungen mit einem sehr preisgünstigen kleinen Gerät, das nach dem FDM-Verfahren (Übereinanderspritzen von dünnen Schichten aus aufgeschmolzenem Kunststofffaden) arbeitete, waren jedoch enttäuschend.

20.000 EUR kostet bei Sintratec eine professionell einsetzbare Lasersinteranlage – weit weniger als die Wettbewerber für ihre Systeme verlangen.

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Flexibles Band benfalls mit Laserintern aus TPU-Polymer hergestellt. Foto: Sintratec

Daher begann man nach Technologien zu suchen, die höhere konstruktive Freiheitsgrade und bessere Gebrauchseigenschaften der erzeugten Bauteile ermöglichten. Als geeignetstes Verfahren erwies sich das Lasersintern von Kunststoffen. Eine Recherche zeigte, dass am Markt einige teils sehr leistungsfähige Systeme angeboten wurden. Ihre Preise lagen jedoch im oberen fünfstelligen oder gar im sechsstelligen Bereich. Für Studenten war so etwas völlig unerschwinglich. Natürlich gibt es alternativ die Möglichkeit, solche Bauteile von Dienstleistern zu beziehen. Allerdings geht das fast nie „sofort“, man muss sich vielmehr in eine Warte­schlange einreihen, was Tage oder gar Wochen in Anspruch nehmen kann. Außerdem fallen Verpackungs- und Versandkosten an, die prozentual umso höher sind, je kleiner die Abmessungen und die benötigten Stückzahlen sind.

Für Entwickler ist Zeit Gold
Dieses lasergesinterte Zahnrad besteht aus einem modifizierten schwarzen Nylon PA 12, da das verwendete Laserlicht von schwarzen Werkstoffen wesentlich besser absorbiert wird als von helleren oder gar weißen Pulvern. Foto: Sintratec
Dieses lasergesinterte Zahnrad besteht aus einem modifizierten schwarzen Nylon PA 12, da das verwendete Laserlicht von schwarzen Werkstoffen wesentlich besser absorbiert wird als von helleren oder gar weißen Pulvern. Foto: Sintratec

„Im Lasersinterbereich erinnert vieles an die Situation bei der Gründung der ersten Heimcomputer-Hersteller vor einigen Jahrzehnten, als die EDV noch eine Domäne für sehr leistungsfähige, aber teure Zentralcomputer war“, ergänzt Gabor Koppanyi, Marketing- und Vertriebsleiter bei Sintratec. Als damals die ersten kleinen „Personal Computer“ auf dem Markt auftauchten, konnten diese natürlich nicht so viel wie ihre „großen Brüder“ in den Firmenzentralen. Dennoch haben sich Forschungs- und Entwicklungsabteilungen in Industriefirmen und Start-ups sofort darum gerissen – weil man sich selbst helfen und neue Ideen sofort ausprobieren konnte, statt Tage oder gar Wochen auf die Softwareabteilung warten zu müssen. Gerade für solche innovativen Berufsgruppen ist Zeit schlicht und ergreifend Gold.

Bei ihrer Arbeit müssen sie sich oft vorantasten, müssen Dinge ausprobieren, um festzustellen, ob eine Idee in die richtige Richtung führt oder sich als Sackgasse erweist. Jede unnötige Verzögerung kann dann gleichbedeutend mit verlorener Zeit sein. Ganz ähnlich ist die Situation heute mit Blick auf die schnelle Verfügbarkeit von Prototypen, die nicht nur die Form, sondern möglichst auch die Gebrauchseigenschaften des gewünschten Bauteils aufweisen sollten. Voraussetzung für diese schnelle Verfügbarkeit ist jedoch ein eigenes Gerät. Das geht bei den oft knapp finanzierten industriellen F+E-Abteilungen oder Hochschulinstituten nur, wenn dessen Preis finanziell noch erschwinglich ist.

Konsequente Kostensenkung
Lasergesintertes Bauteil für eine Wasserarmatur, das in kleinen Stückzahlen benötigt und in druckführende Wasserleitungen eingebaut wird. Foto: Sintratec
Lasergesintertes Bauteil für eine Wasserarmatur, das in kleinen Stückzahlen benötigt und in druckführende Wasserleitungen eingebaut wird. Foto: Sintratec

„Wir sind daher darangegangen, systematisch alle Komponenten eines solchen Systems auf die Goldwaage zu legen“, verrät Mitbegründer und Technischer Leiter Christian von Burg. Bei jedem Teil habe man genauestens überlegt, ob die bisher übliche Technik tatsächlich unbedingt benötigt wurde oder ob man vergleichbare Resultate auch mit einfacheren Ausführungen erzielen könnte. Auf dieser Basis entwickelten die drei Gründungspartner eine neue, eigene Lösung.

Für die beiden Kernkomponenten, den Laser und das Spiegelsystem für die Strahlführung, hat man preisgünstigere Lösungen gesucht und zugekauft. So kommt zum Beispiel als Strahlquelle kein CO₂-Laser zum Einsatz, sondern eine Laserdiode. Zudem wurden die gesamte Mechanik und optische Anordnung von Grund auf neu konzipiert. Von diesem System wurde anschließend ein bereits professionell designter, voll funktionsfähiger Prototyp gebaut und auf Messen ausgestellt.

Crowdfunding für einen ersten Bausatz

sintratec_solenickiEigene Revolution Dominik Solenicki, Mitbegründer und CEO der Sintratec AG:“ Die Auszeichnung mit dem ersten Platz des ‚Swiss-UpStar Challenge‘ im September 2014 und der gleich darauf folgende Crowdfunding-Erfolg gaben uns Mut, mit unserer eigenen Revolution im Fertigungsmarkt durchzustarten.

 „Entscheidende Hürde war danach die Beschaffung des Startkapitals für eine erste Serie“, weiß von Burg. Deshalb ging Sintratec den Weg, ein erstes Kit als Bausatz zu konzipieren und davon 60 Stück per Crowdfunding Interessenten anzubieten, die bereit waren, den Kaufpreis von 4.999 EUR vorzustrecken. Diese Initiative erwies sich als Volltreffer, die Finanzierung klappte ebenso wie auch die Montage und Inbetriebnahme bei den Abnehmern. Mittlerweile hat das Unternehmen bereits mehrere Hundert dieser Bausätze, die selbst von Ungeübten innerhalb weniger Tage zusammengebaut und in Betrieb genommen werden können, an Kunden in Europa und teils sogar in Übersee ausgeliefert.

Der Profi-Nachfolger
Das Modell Sintratec S1 mit einem Bauraum von 130 x 130 x 180 mm wird als Komplettsystem geliefert. Foto: Sintratec
Das Modell Sintratec S1 mit einem Bauraum von 130 x 130 x 180 mm wird als Komplettsystem geliefert. Foto: Sintratec

„Dieser Erfolg lieferte die finanzielle Grundlage für die Entwicklung unseres Modells S1“, verrät Christian von Burg. Dieses weist die gleichen grundlegenden Merkmale wie das Kit auf, ist jedoch für den professionellen Einsatz ausgelegt und wird ausschließlich als fertiges System angeboten. Es ist daher erste Wahl für industrielle Kunden, deren Personal sich auf wertschöpfende Tätigkeiten konzentrieren muss. Deshalb gilt hier meist das „Auspacken, Stecker rein und loslegen“-Prinzip. Zudem verfügt das Modell S1 über einen deutlich vergrößerten Bauraum von 130 × 130 × 180 mm, so dass damit entsprechend größere Bauteile hergestellt werden können. Mit seinem Preis von rund 20.000 EUR liegt die Sintratec S1 weit unter dem von Wettbewerbssystemen und wurde von der Kundschaft sehr gut angenommen. Die Absatzzahlen liegen mittlerweile im dreistelligen Bereich.

Gabor Koppanyi, Marketing- und Vertriebsleiter bei Sintratec. Foto: Sintratec

Ähnlich wie beim PC  „Im Lasersinterbereich erinnert vieles an die Situation bei der Gründung der ersten Heimcomputer-Hersteller vor einigen Jahrzehnten, als die EDV noch eine Domäne für sehr leistungsfähige, aber teure Zentralcomputer war.“, Gabor Koppanyi, Marketing- und Vertriebsleiter bei Sintratec.
Foto: Sintratec

Vergleich mit anderen Systemen

„Im Vergleich mit anderen Anlagen auf dem Markt liegt unser wesentlicher Vorteil beim Preis-Leistungs-Verhältnis“, erläutert von Burg. So gehört die Software gleich zum System und Updates sind kostenlos. Auch benötigen die Anlagen sehr wenig Platz und können im Prinzip auf einem Arbeitstisch oder einem Rollcontainer betrieben werden. Im Gegensatz zu anderen Systemen des Wettbewerbs benötigen Sintratec-Geräte auch keine speziellen Vorinstallationen wie Ventilationssystem, Starkstromversorgung oder Luftdruckanschluss. Angesichts der meist sehr beengten Platzverhältnisse gerade in F+E-Labors sei dies ein nicht zu unterschätzender Vorteil.

Natürlich könne man nicht erwarten, dass ein Gerät wie das Modell S1 den gleichen Leistungs­umfang biete wie größere, aber eben auch wesentlich teurere Anlagen. So seien der Bauraum und damit die maximalen Bauteilabmessungen begrenzter. Die damit erzeugten Prototypen stünden jedoch von der Präzision ebenso wie von den Gebrauchseigenschaften her denjenigen aus großvolumigen Industrieanlagen in nichts nach.

Als Werkstoff bietet Sintratec ein nach eigenem Rezept modifiziertes Nylon PA12 an. Grund hierfür ist das verwendete Laserlicht, das von schwarzen Werkstoffen wesentlich besser absorbiert wird als von helleren oder gar weißen Pulvern. PA12 ist nach Erfahrung von Sintratec das für Lasersinteranwendungen mit Abstand meistgenutzte Material, das sich insbesondere durch seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften auszeichnet.

sintratec_von_burgAlles auf die Goldwaage Christian von Burg, Mitbegründer und Technischer Leiter von Sintratec:“ wir haben systematsich alle Komponenten eines solchen Systems auf die Goldwaage gelegt.“ Foto: Sintratec

Wird dennoch die Verwendung alternativer Werkstoffe gewünscht, so bietet man den Kunden die Möglichkeit an, selbst die Arbeitsparameter der Einheit zu verändern und diese so auf deren Sintereigenschaften abzustimmen. Das junge Team forscht außerdem selbst laufend an neuen Druckmaterialien und bringt demnächst einen neuen Werkstoff auf den Markt: ein hochflexibles Pulver auf TPU-Basis, mit dem sich komplett neue Anwendungsfelder erschließen.

Umfassender Support

„Wesentliche Voraussetzung für den Erfolg unserer Anlagen sind natürlich auch die umfassenden Support- und Serviceleistungen, die wir unseren Kunden bieten“, setzt Christian von Burg hinzu. Das umfasst die Weiterentwicklung der Systeme und ihrer Software ebenso wie die Optimierung von Prozessparametern sowie die kontinuierliche Suche nach neuen Werkstoffen. Schon auf der Internetseite der Firma finden sich zahlreiche Tipps und Hinweise zum Einsatz der Anlagen sowie ausführlich bebilderte Anleitungen für Einsatz, Wartung und Pflege. Für die Käufer der Lasersinteranlagen gibt es einen regelmäßigen automatischen Updateservice, um die Software auf neuestem Stand zu halten. Über ein Kundenportal kann bei Problemen Beratung oder auch Service angefordert werden.

Laserintern im Vergleich
Beim Lasersintern wird die jeweils oberste Schicht eines „Betts“ aus Kunststoffpulver mithilfe eines Laserstrahls gezielt so weit angeschmolzen, dass die Pulverteilchen miteinander sowie mit denjenigen der Lage darunter fest verbacken. Durch ständiges Übereinanderlegen von Pulverschichten mit anschließendem Einsatz des Lasers entstehen so komplexe dreidimensionale Bauteile mit feinen Details. Diese sind je nach Werkstoff mechanisch hochstabil oder elastisch verformbar. Die Formenfreiheit ist dabei nahezu unbegrenzt. Es ist sogar möglich, bewegliche Achsen oder ineinanderverschachtelte Bauteile zu erzeugen. Besonders geeignet ist diese Technologie für funktionales Prototyping zum Beispiel zur Erprobung von Bauteilen.

Klaus Vollrath, Freier Journalist

Aufmacherbild: Sintratec