K 2010. Digitale Schichtarbeit mit Thermoplasten von Evonik

Additive Manufacturing birgt vor allem für die Kleinserienfertigung ungenutztes Potenzial.

Extrusion und Spritzguss sind nicht immer der beste Weg, Kunststoffe in Form zu bringen. Eine Alternative ist die werkzeuglose Fertigung, Additive Manufacturing (AM) genannt. Sie verbindet maximale Flexibilität mit hoher Kundenorientierung und Kosteneffizienz. Beim Lasersintern etwa entstehen aus Hightech-Kunststoffen komplexe und technisch anspruchsvolle Industrie­ und Konsumgüter. Evonik Industries, Essen, bietet auf dieses Verfahren abgestimmte Pulver, z.B. Polyamid 12-Pulver, und blickt auf langjährige Erfahrung zurück.

Beim Additive Manufacturing werden beispielsweise aus Pulvern ohne Einsatz eines Werkzeuges schichtweise dreidimensionale Strukturen aufgebaut. Beim Lasersintern, einem Prozess des AM, werden diese in Behälter gefüllt und nur ganz bestimmte Bereiche der obersten Partikelschicht mit einem über dem Pulverbad sitzenden Laser belichtet und aufgeschmolzen. Danach senkt eine Automatik den Boden des Pulverbehälters um Bruchteile von Millimetern ab und streicht oben eine frische Partikelschicht auf, die wiederum nur an bestimmten Stellen vom Laser belichtet wird. Auf diese Weise entsteht in vielen hauchdünnen Schichten ein räumliches Bauteil, dessen Komplexität nahezu nur durch die vorgegebenen elektronischen Konstruktionsdaten begrenzt ist.

Thermoplastische Kunststoffe sind ideal für Additive Manufacturing: Sie sind leicht zu pulverisieren, lassen sich gezielt schmelzen und können in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften maßgeschneidert werden. Bei Evonik beschäftigen sich Experten seit rund zehn Jahren mit der Entwicklung von thermoplastischen Kunststoffen für das AM. So hat Evonik ein besonders flexibles Polyamid (PA) entwickelt, das acht Mal biegsamer ist und eine um den Faktor fünf höhere Bruchfestigkeit besitzt als das Standardmaterial. PEEK-Pulver für Lasersintern zeichnet sich durch seinen hohen Schmelzpunkt bei 340 °C aus und ist daher für Bauteile geeignet, die im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Durch solche optimierten Polymere werden neue Funktionalitäten möglich, gleichzeitig öffnen sich Wege, andere Materialien wie etwa Metalle durch Kunststoffe zu ersetzen.
Additive Manufacturing verzichtet auf Gussformen, Werkzeuge und raumgreifende Produktionsanlagen, Bauteile entstehen vielmehr direkt nach einem digitalen Bauplan. So werden Formen möglich, die in der konventionellen Serienfertigung bislang nicht denkbar waren – und zwar schnell, flexibel und ohne großen apparativen Aufwand. Daher ist Additive Manufacturing seit längerem insbesondere im Prototypenbau verbreitet. Zunehmend wichtig wird der Bereich der Kleinserien wie Scheinwerfergehäuse für hochpreisige Pkw, Lenkkomponenten für Rechtsfahrer oder Gehäuse von Spezialmaschinen. Für sie ist die herkömmliche Massenproduktion mit ihren kostspieligen Werkzeugen und Großanlagen schlichtweg zu teuer.

Ein anderes Einsatzfeld sind individuell angepasste Bauteile. Dazu gehören zum Beispiel medizinische Hilfsmittel wie Hörgeräte, Implantate, OP-Besteck und Bohrhilfen für Operationen, aber auch Helme und Schuhe für den Profisport oder Atemschutzmasken. Das Handling der verschiedenen Varianten erfolgt ausschließlich über Software-Lösungen – von der Aufnahme und Bearbeitung der individuellen Daten bis hin zu einem einzelnen Baudatensatz für jedes Teil. Und auch Designer haben den Wert der „Freeform Fabrication“ entdeckt.