Sinnvolle Ergänzung

Additive Fertigung

Arburg-Geschäftsführer Heinz Gaub zum Freeformer heute und morgen

Der Freeformer, der bei seiner Vorstellung vor gut drei Jahren für enormes Aufsehen gesorgt hat, ist inzwischen im Markt angekommen. Wir sprachen mit Heinz Gaub, Technik-Geschäftsführer von Arburg, über den aktuellen Stand, die interessantesten Anwendungen und die geplanten Weiterentwicklungen.

„Der Freeformer und die Additive Fertigung generell werden aber auch in fünf oder zehn Jahren kein Ersatz, sondern eine sinnvolle Ergänzung zum Spritzgießen sein“, Heinz Gaub

Herr Gaub, was waren die wichtigsten Gründe für Kunden, sich für einen Freeformer zu entscheiden?
Heinz Gaub: Als Premiumhersteller von Spritzgießmaschinen verfügen wir über großes Know-how im Maschinenbau und in der Kunststoffverarbeitung. Wir verwenden für den Freeformer viele qualitativ hochwertige Komponenten aus dem Bereich unserer Spritzgießmaschinen, zum Beispiel Schaltschrank, Plastifizierung und Steuerung. Arburg ist langfristig ein verlässlicher Partner.
Unsere Kunden aus dem Spritzgießbereich wollen auch in der Additiven Fertigung ein möglichst breites Spektrum an Standardgranulaten einsetzen. Das gilt natürlich genauso für Unternehmen, die auf die Additive Fertigung spezialisiert sind und inzwischen auch einen Freeformer haben, um damit Originalmaterialien zu verarbeiten. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass das offene System den Bediener unabhängig macht: Er kann sein eigenes Originalmaterial qualifizieren und die zahlreichen Prozess­parameter gezielt auf die jeweilige Anwendung optimieren. Diese Möglichkeit nutzen inzwischen auch viele Hochschulen und Forschungs­institute ganz intensiv.

Der Freeformer ist ausgelegt für die industrielle Additive Fertigung von Funktionsbauteilen. Eine interessante Anwendung sind 2K-Greiferfinger aus PA und TPE. Foto: Arburg
Der Freeformer ist ausgelegt für die industrielle Additive Fertigung von Funktionsbauteilen. Eine interessante Anwendung sind 2K-Greiferfinger aus PA und TPE. Foto: Arburg

Freeformer-Kunden neigen ja zur Verschwiegenheit. Können Sie zumindest andeuten, in welchen Branchen der Freeformer besonders gut angekommen ist und wofür er eingesetzt wird?
Heinz Gaub: Die Additive Fertigung findet derzeit den Weg in die industrielle Anwendung. Individuelle Kunststoffteile für Konsumgüter, medizinische Einzelteile – Implantate – und Kleinserien sowie funktionale Ersatzteile sind nur drei von vielen Bereichen, für die unser Freeformer prädestiniert ist. Darüber hinaus können damit auch kostengünstig Betriebsmittel wie Montagevorrichtungen und Greifer für die Automation schnell und flexibel gefertigt werden.
Der Freeformer ist vor allem für diejenigen interessant, die auf Materialvielfalt setzen, mit einem offenen System arbeiten wollen und können und dabei ihr Know-how in der Kunststoffverarbeitung und speziellen Werkstoffen einbringen.
Der Großteil unserer Kunden nutzt den Freeformer derzeit noch hauptsächlich für die Produktion funktionaler Prototypen. Darüber hinaus lassen sich aber auch kurzfristig und wirtschaftlich Funktionsbauteile aus Originalmaterial herstellen. Mit zunehmendem Know-how und dank der Möglichkeit, qualifizierte Standardgranulate wie beim Spritzgießen einsetzen zu können, steigt bei Kunden der Anteil „echter“ Serienprodukte.

Der Freeformer kann ja mit zwei Austragseinheiten qualifizierten Kunststoff und Stützstruktur additiv verarbeiten oder ein Zweikomponenten-Bauteil erzeugen. Ist denn geplant, aus dem „oder“ ein „und“ zu machen – also mit drei Austragseinheiten ein Zweikomponenten-Teil samt Stützstruktur herzustellen?
Heinz Gaub: Wie Sie richtig sagen, lässt sich mithilfe von Stützstrukturen ein Bauteil mit komplexen Geometrien erzeugen. Alternativ können die zwei Austragseinheiten genutzt werden, um verschiedene Farben oder Materialien zu kombinieren, um etwa Hart-Weich-Verbindungen zu realisieren. Wir werden von unseren Kunden immer wieder mit dem Wunsch konfrontiert, diese beiden Möglichkeiten zu kombinieren. Und in der Tat sehen wir eine unserer Aufgaben darin, den Freeformer für diese Anforderungen weiterzuentwickeln.

Nachteil aller additiven Fertigungsverfahren ist die Geschwindigkeit. Es dauert einfach relativ lange, bis die Bauteile fertig sind. Gibt es Überlegungen, den Freeformer schneller zu machen? Der Piezoantrieb zur Erzeugung der Tropfen hat ja angeblich noch Luft nach oben …
Heinz Gaub: Das sehe ich differenziert. Die Additive Fertigung ist ja im Gegensatz zum Spritzgießen nicht für die Fertigung von Großserien ausgelegt. Dafür können Sie jedoch vergleichsweise schnell Prototypen weiter verbessern, ohne auf den zeit- und kostenaufwendigen Faktor Werkzeug angewiesen zu sein. Im Fall des Arburg Kunststoff-Freiformens – AKF – lassen sich sogar „echte“ Funktionsbauteile aus Originalmaterial herstellen, wie es später für die Großserie verwendet werden soll.
Und ich gebe Ihnen recht: Gerade bei der Fertigung von Kleinserien wird die Additive Fertigung mit zunehmender Materialvielfalt, Schnelligkeit und Wirtschaftlichkeit an Bedeutung gewinnen. Alle Hersteller suchen derzeit nach Lösungen, um die Prozesse zu beschleunigen. Da gibt es sicher auch für den Freeformer noch Luft nach oben.
Der limitierende Faktor ist generell der Materialaustrag an einem Punkt. Der Durchbruch wird kommen, sobald additiv sehr schnell ganze Schichten aufgebracht werden können, so dass die Teile wirklich mit erheblich größerer Baurate hergestellt werden können. Der Freeformer und die Additive Fertigung generell werden aber auch in fünf oder zehn Jahren kein Ersatz, sondern eine sinnvolle Ergänzung zum Spritzgießen sein.

Mechanische Belastungstests - hier das Beispie einer Seilrolle aus Grilamid BTR 600 - haben gezeigt, dass die Streckspannung an den Wert von Spritzteilen gebracht werden kann. Foto: Arburg
Mechanische Belastungstests – hier das Beispie einer Seilrolle aus Grilamid BTR 600 – haben gezeigt, dass die Streckspannung an den Wert von Spritzteilen gebracht werden kann. Foto: Arburg

Apropos Spritzgießen: Ein Ansatz, der in letzter Zeit von verschiedenen Unternehmen propagiert wurde, ist die Herstellung von Spritzgießwerkzeugen mittels Additiver Fertigung. Als Vorteile werden hier gerne die schnelle Herstellung kleiner Serien und das Arbeiten mit Originalmaterial und Originalverfahren genannt. Wie steht Arburg zu diesem Thema?
Heinz Gaub: Der Clou des Arburg Kunststoff-Freiformens liegt ja genau darin, qualifizierte Originalmaterialien verarbeiten zu können. So haben wir mit dem Freeformer zum Beispiel Elektrostecker aus PC/ABS mit Flammschutz, Abstandshalter aus PEI, Implantate aus medizinischem PLA und Luftkanäle aus für die Luft- und Raumfahrt zugelassenem PC additiv gefertigt. Da sind andere AM-Verfahren ganz klar im Nachteil. Spritzgießwerkzeuge additiv herzustellen kann trotz der Verschleißproblematik im ein oder anderen Fall durchaus Sinn machen. Das heißt aber nicht, dass diese Lösung auch immer die kostengünstigere ist im Vergleich zum Aluminiumwerkzeug. Generell sind wir offen für unterschiedlichste Ansätze und sehen unsere Aufgabe darin, gemeinsam mit dem Kunden die für seine Anforderungen produktionseffizienteste Lösung zu finden. Hier ist Arburg mit seinem Produktportfolio und Know-how bestens aufgestellt.
In diesem Zusammenhang möchte ich einen weiteren wichtigen Punkt ansprechen: Ziel der Additiven Fertigung ist ja nicht, genau die gleichen Bauteile zu produzieren wie im Spritzgießen, und das möglichst noch genau so schnell. Wir sehen neben der Prototypenherstellung die große Chance, Produkte von vorneherein verfahrensgerecht zu konstruieren, so dass ein Mehrwert, zum Beispiel hinsichtlich Funktionsintegration, entsteht. Für den Einsatz in der industriellen additiven Serienfertigung müssen die Funktionsbauteile dabei stets die definierte Qualität erreichen – und zwar reproduzierbar. Hierfür ist sehr viel Know-how hinsichtlich Maschine, Material, Verfahren und digitalem Modell erforderlich.
Großes Potenzial sehen wir darüber hinaus in der Kombination von Spritzgießen und Additiver Fertigung. Der Freeformer bietet die Möglichkeit, Großserienteile durch tropfenweises Aufbringen von Material bis hin zu Losgröße eins nach Kundenwunsch zu veredeln und zu individualisieren. Mit einem unserer Spritzgießkunden sind wir bereits den Weg von der konzeptionellen Produktentwicklung über das Spritzgießen von Massenartikeln bis hin zur Individualisierung direkt am Verkaufspunkt für Endkunden gegangen. So sind wir auf einmal viel mehr als nur Maschinenlieferant.

Für den Anwendungsbereich Luft- und Raumfahrt fertigt ein Freeformer exemplarisch Luftkanäle aus einem speziell zugelassenen PC. Foto: Arburg
Für den Anwendungsbereich Luft- und Raumfahrt fertigt ein Freeformer exemplarisch Luftkanäle aus einem speziell zugelassenen PC. Foto: Arburg

Wie bei jedem System geht auch beim Freeformer die Entwicklung weiter. Wo setzen Sie derzeit Schwerpunkte?
Heinz Gaub: In diesem Jahr haben wir in Loßburg das Arburg Prototyping Center mit sechs Freeformern in Betrieb genommen. Dort prüfen unsere Technologieberater für potenzielle Kunden im Vorfeld ganz genau, ob und wie sich der Freeformer an das gewünschte Bauteil und Material auch tatsächlich anpassen lässt. Die gewonnenen Erkenntnisse der AKF-Experten und die im Prototyping Center optimierten Datensätze kommen letztendlich allen Kunden und Interessenten zugute. Wir werden natürlich auch weitere Materialien qualifizieren und, wo erforderlich, passende Stützmaterialien entwickeln.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt darauf, mit unserem offenen System qualitativ noch hochwertiger und reproduzierbarer zu werden. Ein großer Vorteil des offenen Systems ist, dass sich der Prozess an die Anforderungen anpassen lässt – und nicht umgekehrt. Je besser der Prozess eingestellt ist, desto besser wird die Qualität des Bauteils. Ein wichtiger Faktor ist dabei der Materialaustrag, mit dessen Optimierung sich unsere Experten eingehend beschäftigen. Abhängig vom Material lassen sich mit dem Freeformer inzwischen im Vergleich zum Spritzgießen Bauteildichten bis zu 95 Prozent und damit beispielsweise Zugfestigkeiten bis zu 97 Prozent erreichen.

Arburg ist vor Messen traditionell sehr zurückhaltend, was Informationen zu Exponaten betrifft. Würden Sie jetzt – kurz vor der Formnext 2017 – den Lesern des K-MAGAZINS einen kurzen Blick hinter den Vorhang gewähren? Was dürfen wir von Arburg erwarten?
Heinz Gaub: Kurz gesagt: Mehr hochwertige Bauteile, mehr Materialien, mehr Erlebnis! Will heißen, wir präsentieren uns auf der Formnext mit einem neuen Konzept: Auf unserem Stand E70 in Halle 3.1 zeigen wir über 40 Bauteilbeispiele, die eindrucksvoll den industriellen Anspruch des Arburg Kunststoff-Freiformens demonstrieren.
An vier interaktiven Stationen können die Besucher ausgewählte „Erlebnisbauteile“ selbst testen. Eines der zwei Freeformer-Exponate verarbeitet zudem „live“ das teilkristalline Standard-PP – Moplen – mit dem passend dazu entwickelten neuen Stützmaterial Armat 12 zu funktionsfähigen Kabelklemmen – das wird wohl einzigartig sein auf der Messe.

Günter Kögel

Aufmacherbild: Arburg