Moderne 3D-Druckverfahren kommen bereits in etlichen Bereichen zum Einsatz – sei es im Maschinenbau oder in der Architektur, bei der Entwicklung von Prototypen oder der Fertigung von Ersatzteilen. Auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung lassen sich im 3D-Druck sowohl Bauteile als auch Werkzeuge herstellen. Jens Strate erläutert, welche Möglichkeiten diese Technologie bietet und wo derzeit noch ihre Grenzen sind.
Welche 3D-Druckverfahren gibt es?
Aktuell bieten wir unseren Kunden die Herstellung von Prototypen in vier verschiedenen Verfahren. Beim 3D-Druck im PolyJet-Verfahren wird der flüssige, photopolymere Kunststoff schichtweise aufgetragen, wobei die einzelnen Schichten mit UV-Licht ausgehärtet werden. Die auf diese Weise gefertigten Prototypen eignen sich zur Konstruktionsüberprüfung sowie als Präsentations- und Funktionsteile. Beim Lasersintern wird Kunststoffpulver durch den Laser bis zur Schmelze erhitzt. Dadurch lassen sich mechanisch belastbare Bauteile herstellen, die als Einbau- und Funktionsteile geeignet sind. Das älteste 3D-Druckverfahren ist die Stereolithografie, die bereits seit 1982 eingesetzt wird. Hierbei werden Epoxydharze mit UV-Licht ausgehärtet. Die auf diese Weise produzierten Bauteile sind besonders maßhaltig und detailgetreu und verfügen über eine hohe Kantenschärfe und Oberflächengüte. Weitere Vorteile sind die Feuchtigkeitsresistenz und Wärmestabilität sowie die Möglichkeit, auch transparente Bauteile herzustellen. Das vierte Verfahren ist schließlich das Fused Deposition Modeling, bei dem thermoplastisches ABSplus mit einer Schichtstärke von 0,17 Millimetern aufgetragen wird. Anhand von 3D-Daten können auf diese Weise funktionelle Bauteile in kürzester Zeit und in guter Qualität gefertigt werden.
Welche Vorteile bietet der Einsatz von 3D-Druckverfahren im Bereich der Kunststoffverarbeitung?
Zu den größten Vorteilen gehören die deutlich kürzeren Fertigungszeiten und die geringeren Kosten, die bei der Herstellung von Bauteilen anfallen, da ja kein Spritzgießwerkzeug erforderlich ist. Für Entwickler werden die CAD-Daten „anfassbar“. Mit den Prototypen können Einbauversuche vorgenommen werden. Dadurch ist es natürlich auch möglich, Konstruktionsfehler rechtzeitig aufzudecken, ohne dass viel Aufwand für Änderungen am Spritzgießwerkzeug notwendig sind. Wir erleben auch, dass die Bauteilzyklen immer kürzer werden. Die Zeit, neue Bauteile zu entwickeln, wird immer geringer. Dadurch steigt auch das Risiko, Fehler zu produzieren.
Was sind aus Ihrer Erfahrung die Nachteile 3D gedruckter Werkzeugeinsätze?
Aktuell endet bei den 3D-Druckverfahren für Werkzeugeinsätze die Temperaturbeständigkeit bei 250 Grad. In unserem Unternehmen kommen aber auch Werkstoffe zum Einsatz, die bei 400 Grad verarbeitet werden, so dass der 3D-Druck für Werkzeugeinsätze hierfür nicht in Frage kommt. Ich kann mir aber durchaus vorstellen, dass sich dies in naher Zukunft schon ändern wird. Ein weiterer Nachteil ist die Werkzeugstandzeit. Bislang können im 3D-Druck Werkzeugeinsätze gefertigt werden, die eine Standzeit zwischen 10 und 100 Schuss nicht überschreiten. 
Unsere Kunden brauchen aber nicht selten deutlich größere Stückzahlen, als Kunststoffrohstoff wird oft ein mit Glasfasern verstärkter Werkstoff benötigt. Auch in diesen Fällen macht es für uns keinen Sinn, auf den 3D-Druck von Werkzeugeinsätzen umzusteigen. Grundsätzlich aber bin ich davon überzeugt, dass diese ja noch sehr junge Technologie sich weiterentwickeln wird. Und diese Entwicklung werden wir aufmerksam verfolgen und für uns entscheiden, in welchen Bereichen wir 3D-Druckverfahren einsetzen.
Arbeiten Sie bereits mit dem 3D-Druck?
Schon jetzt können wir unseren Kunden Prototypen in den vier verschiedenen Verfahren liefern. Aufgrund der Vielzahl der unterschiedlichen Verfahren können wir diese Muster aber nicht selbst herstellen, sondern arbeiten in diesem Bereich mit Spezialisten zusammen. Darüber hinaus bieten wir unseren Kunden an, dass die im 3D-Druck gefertigten Prototypen bei uns noch weiterbearbeitet werden. Wir verfügen über sehr gute Erfahrungen in der mechanischen Nacharbeit wie etwa dem Fräsen und Bohren oder dem Lackieren der Prototypen. All dies macht es uns möglich, unsere Kunden bei der kompletten kunststoffgerechten Konstruktion der technischen Bauteile zu unterstützen – vom ersten Entwurf bis zum fertigen Serienbauteil.