Linear- und Antriebstechnik Hochleistungskunststoffe für 3D-Drucker

Redakteur: Silvano Böni

Hohe Laufleistung, schmiermittelfrei und robust: So lauten die Anforderungen an Linearkomponenten in 3D-Druckern. Auch im ersten Seriendrucker des Kieler Unternehmens Kühling&Kühling müssen die entsprechenden Spezialprodukte von Igus hohe Beschleunigungen und Temperaturen bis zu 80 °C verkraften. Hochleistungskunststoffe, die die Führungen schnell und dabei leise machen, sorgen hier für zuverlässige Produktionsprozesse und qualitativ hochwertige Endprodukte.

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Die Mechatroniker Jonas und Simon Kühling konzentrieren sich auf Open-Source-Hardware-Entwicklung und -Produktion im Bereich der 3D-Drucker.
Die Mechatroniker Jonas und Simon Kühling konzentrieren sich auf Open-Source-Hardware-Entwicklung und -Produktion im Bereich der 3D-Drucker.
(Bild: Igus)

3D-Drucker produzieren computergesteuert dreidimensionale Werkstücke. Zwar stellt diese Technik seit Jahren ein etabliertes Verfahren zum Entwickeln von Prototypen und Produzieren von Kleinserien für industrielle Grossunternehmen dar. Immer mehr wird das Herstellverfahren nun aber zum zentralen Bestandteil der industriellen Prozesskette. Sie eröffnet Architekten eine inspirierende Spielwiese für den Modellbau, sorgt beispielsweise in der Medizintechnik dafür, dass sich komplizierte Strukturen effektiv herstellen lassen und ermöglicht Unternehmen wirtschaftliche Mittelserien von mehreren 100 Komponenten pro Jahr. Ein Grund dafür: Die Druckerhersteller verschieben die Grenzen für Anwendungsbereiche, Materialien, Kosten und Produktivität kontinuierlich weiter in nutzerfreundliche Dimensionen.

Anlagenentwickler treiben den 3D-Druck voran

Zu ihnen gehört seit 2012 auch das Unternehmen Kühling&Kühling mit Sitz in Kiel. Die beiden Gründer, die Mechatroniker Jonas und Simon Kühling, konzentrieren sich auf Open-Source-Hardware-Entwicklung und -Produktion im Bereich der 3D-Drucker. Nach eineinhalbjähriger Entwicklungszeit läuft seit Ende 2013 das erste Produkt in Serie, der «RepRap Industrial». Er ist eine kosteneffektive Lösung für zuverlässiges sowie hochqualitatives Rapid Prototyping, speziell im hochbeanspruchten Dauergebrauch, betonen die beiden Firmengründer. Die Anlage wird konstant weiterentwickelt und hat gerade mit der Version «v1.1.0» ein grundlegendes Update sowie diverse Verbesserungen erhalten. Es lassen sich alle Materialien verarbeiten, die einige Grundspezifikationen erfüllen, wobei sich dies von hochfesten Thermoplasten über fasergefüllte Kunststoffe bis hin zu gummi-elastischen Materialien erstreckt. Drucker, die für den heimischen Einsatz oder Modellbau zur Verfügung stehen, erlauben nur den Einsatz einer sehr eingeschränkten Palette an Druckmaterialien. Überwiegend wird hier ein sogenannter «Bio-Kunststoff» verwendet, der auf Mais basiert und den technischen Anforderungen im industriellen Einsatz in der Regel nicht standhält. Denn dieser Kunststoff versagt bereits bei Temperaturen über 45 °C seinen Dienst – die Temperaturgrenzen in der Industrie liegen deutlich höher. Im Vergleich mit anderen 3D-Druckern für die industrielle Nutzung empfiehlt sich der «RepRap Industrial» vor allem durch den Preis. Dieser liegt rund 25 bis 30 Prozent unter dem vergleichbarer Anlagen. Der Erfolg gibt Kühling&Kühling recht: Die Stückzahlen steigen kontinuierlich und haben sich innerhalb eines Jahres vervierfacht.

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Hochwertige Zukaufkomponenten aus Deutschland

Während der Vertrieb weltweit ausgerichtet ist, erfolgen Fertigung und Einkauf, soweit es geht, lokal in Deutschland – zumal die eingesetzten Komponenten die Qualität des fertigen Endprodukts direkt beeinflussen. Im Bereich der Linearführungskomponenten war die Igus GmbH aus Köln von Anfang an geschätzter Partner. Simon Kühling erinnert sich an die Suche des passenden Lieferanten: «Zu Beginn der Anlagenentwicklung dachten wir zuerst an klassische Kugellager. Diese haben mehrere Nachteile. Zum einen sind sie mit einem Stückpreis von etwa 12 Euro zu teuer, zum anderen ist hier bei einer Betriebstemperatur von 65 °C Schluss. Dann fangen die Dichtungen an zu versagen, und die Schmierung trägt sich aus.» So führte der Weg zu Lineargleitlagern mit Gleitflächen aus Kunststoff. «Aus Kostengründen haben wir zuerst asiatische Produkte geprüft», so Simon Kühling. «Diese erfüllen aber in keiner Weise unsere Anforderungen, ganz zu schweigen von einer schnellen und langfristig gesicherten Lieferfähigkeit.»

Die Linear- und Antriebstechnik «Drylin» von Igus bietet Konstrukteuren von 3D-Druckern diverse Komponenten – immer komplett schmierfrei und lieferbar in 24 Stunden und ab Stückzahl 1. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz von Lineargleitlagern aus Hochleistungskunststoffen liegt im geräuscharmen Lauf, es entsteht kein mechanisches Abrollgeräusch wie bei Metall- oder Keramikkugeln.

Im «RepRap Industrial» kommen insgesamt zwölf Igus-Lagerprodukte zum Einsatz: Stahlwellen und Linearführungsadapter mit Gleitfolien aus «Iglidur»-Hochleistungskunststoffen zur Führung der jeweiligen Achsen sowie Steilgewindetriebe und Kunststoffgewindemuttern als Achsenantrieb. Die Lineargleitlager sind baugleich mit Kugelumlaufbuchsen, wirtschaftlich und einfach zu montieren. Darüber hinaus dämpfen sie Schwingungen. Dies ist umso wichtiger, da beim 3D-Druck zwar keine grossen Kräfte wirken, wohl aber schnelle Beschleunigungen entstehen. Dafür muss die Achse leicht sein.

Auch werden im 3D-Drucker von Kühling&Kühling Produkte aus dem zweiten grossen Geschäftsbereich bei Igus, den Kunststoffenergieketten, verbaut. Die hier eingesetzten Ketten der E2-micro-Familie zeichnen sich durch eine platzsparende Bauweise, geringes Gewicht und besonders ruhige Abrollbewegungen aus. Die glatten Konturen der Kunststoff-Energiekette schonen ausserdem die eingelegten Leitungen.

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